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CATALOGUE DES OUTILS ET TECHNIQUES DE MDE EN RESEAUX RURAUX

Le présent document est une mise à jour complète, engagée en 2003, du premier catalogue des "produitset techniques de maîtrise de la demande d’électricité en zones rurales" publié par l’ADEME et EDF en 1997.

Ce catalogue, dont la première version faisait suite notamment à la décision du FACE de financer desopérations de MDE alternatives aux renforcements de réseaux basse tension, a pour objectif de présenterles techniques disponibles de MDE applicables particulièrement en zones rurales.

Il a été rédigé par une équipe pluridisciplinaire constituée de trois bureaux d’études ayant suivi ou participéà de nombreuses opérations de MDE en général et appliquées aux réseaux ruraux en particulier.

Les bureaux d’études Fr2e et SERT ont participé à l’élaboration du guide méthodologique des opérationsde MDE micro. Fr2e est spécialisé en MDE en zones rurales, notamment sur les applications agricoles.SERT, spécialisé en MDE et en EnR, a réalisé de nombreuses études de terrain sur la MDE en zones rurales.Le COSTIC est spécialisé dans les énergies renouvelables et la thermique du bâtiment.

Un comité de lecture, composé de l’ADEME et de EDF, a été mis en place pour suivre l’élaboration de cecatalogue. La coordination entre les rédacteurs et le comité a été assurée par SERT.

De nombreux documents existants (catalogue initial et simulation de réseaux en contrainte effectuée parl’Inestene ; travaux sur la MDE en milieu agricole ; rapports d’études…) concernant les techniques, la miseen place, le suivi ou l’évaluation de solutions de MDE en réseaux ruraux ont été analysés et exploités dansle cadre de l’élaboration de ce catalogue.

Cet ouvrage est destiné à être utilisé conjointement au « Guide Méthodologique pour la réalisationd'opérations MDE micro », qui donne, à partir des expériences de terrain, la démarche et tous les outilsnécessaires à la bonne conception et bonne réalisation de ces opérations.

SERT

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CONTEXTE

Depuis 1995, le Fonds d’Amortissement des Charges d’Électrification (FACE) finance les opérations visantà utiliser des solutions techniques alternatives aux extensions et aux renforcements de lignes basse tension(BT), dès lors que ces solutions sont économiquement rentables.

Pour les solutions alternatives au renforcement, l’idée est non plus d’adapter le réseau à la demandeexistante, mais de modifier la forme de la demande sur le réseau pour que la qualité de fournitured’électricité soit ramenée au niveau requis. Les modifications éventuellement nécessaires sur les usagesde l’électricité se font toujours avec une qualité de service au moins égale, et fréquemment améliorée.

Les premières opérations de Maîtrise de la Demande d’Électricité (MDE) « micro », visant à mettre en placedes solutions alternatives à des renforcements de départs BT ont été réalisées dès 1995. Les projets initiéscomprenaient des actions sur le réseau (adaptateurs de tension par exemple) et chez les clients. Ils ontabouti à l’élaboration d’une méthode de diagnostic d’un départ BT.

Un autre type d’opérations a également été réalisé, avec pour objectif de différer des investissements surle réseau de distribution à l’échelle d’un territoire (syndicat primaire d’électrification, bassin d'activité oud'habitat homogène, etc.). Cette approche est appelée la MDE macro.

Les opérations qui ont débouché sur des travaux de MDE donnent de bons résultats et ont engendré deséconomies financières substantielles, car elles ont permis d'améliorer le service électrique rendu, tout enévitant de coûteux renforcements du réseau.

Ces opérations sont ainsi doublement gagnantes, car elles permettent d’améliorer à la fois la qualité defourniture sur le réseau et les conditions d’utilisation des équipements chez les clients.

Toutes les opérations réalisées ont permis de développer et valider des outils, et de définir les conditionsdans lesquelles la MDE est une solution alternative valable. Le retour d’expérience indique ainsiqu’aujourd’hui, la mise en place d’un traitement quasi « industriel » des départs en contrainte par la MDEest possible. Pour cela, il convient de bien connaître les solutions adaptées existantes et de sélectionner lesdéparts pour lesquels l’efficacité technique et la rentabilité économique de ces solutions ont de grandeschances d’être assurées. La sélection des départs favorables est traitée dans le guide méthodologique desopérations de MDE micro. Le présent catalogue des outils et techniques de MDE détaille quant à luil’ensemble des solutions connues et adaptées aux zones rurales. Ces techniques peuvent bien entendu êtreutilisées dans d'autres contextes, dans lesquels leurs efficacités respectives peuvent être différentes.

Un département moyen en France métropolitaine dispose de 4 000 km de lignes BT rurales desservantquelques 75 000 clients. Dans de nombreux départements, les besoins de renforcement restent trèsnettement supérieurs à la capacité financière de résorption annuelle des départs mal alimentés. Ceci laisseune place importante à la MDE qui permet alors de satisfaire plus de clients en leur apportant la qualité defourniture à laquelle ils ont droit. En effet, la MDE n’a pas pour vocation de remplacer tous les renforcementsmais bien d’augmenter l’efficacité des divers travaux d’amélioration de l’alimentation électrique.

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PRESENTATION DU CATALOGUE

Le présent catalogue des outils et techniques de MDE en zones rurales est à l’usage de tous les acteurs deprojets d'amélioration de la qualité de fourniture de l’électricité sur le réseau de distribution, quel que soitleur niveau d’intervention :• syndicats d’électrification,• pays,• communes et Communautés de communes,• concessionnaires pour la distribution,• ADEME,• bureaux d’études,• associations de promotion de la maîtrise de l’Energie.

L’objectif de ce catalogue est d’apporter à ces acteurs les connaissances techniques et économiquesnécessaires sur les solutions de MDE existantes pour les aider à mettre en place des opérations de MDEsur les réseaux.

Il ne se substitue pas aux diagnostics préalables, qui sont réalisés au cas par cas. Son but estde donner aux concepteurs des éléments pour pré-sélectionner et pré-dimensionner une sériede solutions techniques adaptées aux cas étudiés. Mais la combinaison de ces solutions peutdonner des résultats très variables étant donné que le foisonnement joue un rôle central pourcette forme d'énergie. Il appartient donc toujours au concepteur de réaliser l'adaptation au casétudié, qui seule peut garantir les performances maximales de l'opération.

Le catalogue se compose de trois parties distinctes :• 39 fiches classées par familles de solutions présentant des actions types avec leurs domaines

d’applications, coûts, efficacité…• Des développements classés par usages permettant d’approfondir données pratiques et théoriques sur

les solutions présentées dans les fiches,• Une présentation des outils disponibles pour la mise en place des projets.

Un tableau en page 18 ci-après propose, à partir de quelques observations simples sur l’apparition descontraintes, une première orientation vers les types de solutions les mieux adaptées.

Cette orientation reste indicative ; en effet, le choix des solutions est fonction des usages et modesd’utilisation mais aussi des périodes d’apparition des contraintes sur le réseau (foisonnement local) et iln’existe donc pas de remède type qui pourrait être appliqué quel que soit le départ basse tension. Les fichesdétaillent les conditions pour lesquelles chaque solution est adaptée ou non. De plus, les contraintes sur unréseau sont rarement levées par une seule solution : c’est généralement un ensemble d’actions adaptéesau contexte qui permet de résoudre un problème de qualité de fourniture sur le réseau.

Les outils existants pour la mise en place de ces opérations sont détaillés à la fin du catalogue : guides,équipements de mesures, logiciels…

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S O M M A I R ECONTEXTE ................................................................................................................................................4

PRÉSENTATION DU CATALOGUE............................................................................................................5

SOMMAIRE DU CATALOGUE ................................................................................................................6-7

LA MDE MICRO ........................................................................................................................................8-9

LA MDE MACRO ........................................................................................................................................10

PRÉSENTATION DES 7 FAMILLES DE SOLUTIONS .......................................................................11

ORIENTATION VERS LES 7 FAMILLES .........................................................................................12-18

LES FICHES POUR LES 7 FAMILLES DE SOLUTIONSINTERVENTION RÉSEAU

N° FICHE TITRE DE FICHE PAGES

1 • ADAPTATEUR DE TENSION ........................................................................................................21-22

2 • CONVERTISSEUR TRIPHASÉ – MONOPHASÉ..................................................................................23-24

3 • EQUILIBRAGE DES PHASES CHEZ UN CLIENT................................................................................25-26

GESTION DE L’ÉNERGIE


4 • RÉGULATION DU CHAUFFAGE ÉLECTRIQUE...................................................................................29-30

5 • PROGRAMMATION DU CHAUFFAGE ÉLECTRIQUE ..........................................................................31-32

6 • GESTIONNAIRE D’ÉNERGIE ........................................................................................................33-34

7 • RADIATEUR À ACCUMULATION ..................................................................................................35-36

8 • DÉLESTEUR ............................................................................................................................37-38

9 • MISE EN MARCHE DÉCALÉE DE L’ECS ......................................................................................39-40

10 • PROGRAMMATION DE L’ÉLECTROMÉNAGER .................................................................................41-42

11 • MINUTERIE POUR L’ÉCLAIRAGE .................................................................................................43-44

12 • TANK À LAIT À EAU GLACÉE ....................................................................................................45-46

13 • DÉCALAGE DU TANK À LAIT .....................................................................................................47-48

ELECTRONIQUE DE PUISSANCE


14 • DÉMARRAGE ÉLECTRONIQUE DES MOTEURS................................................................................51-52

15 • VARIATEUR DE VITESSE .............................................................................................................53-54

16 • ONDULEUR ET BATTERIE ...........................................................................................................55-56

MATÉRIELS PERFORMANTS


17 • LAVE-LINGE OU LAVE-VAISSELLE À ENTRÉE D’EAU CHAUDE...........................................................59-60

18 • LAMPE BASSE CONSOMMATION ...............................................................................................61-62

19 • BALLAST ÉLECTRONIQUE ........................................................................................................63-64

20 • PROJECTEUR BASSE CONSOMMATION.........................................................................................65-66

21 • PROJECTEUR AVEC LAMPE À DÉCHARGE.....................................................................................67-68

22 • AUXILIAIRES DES PISCINES ......................................................................................................69-70

23 • CLIMATISATION PERFORMANTE ..................................................................................................71-72

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24 • PRÉ-REFROIDISSEUR DU LAIT ........................................................................................................73-74

25 • RÉCUPÉRATEUR DE CHALEUR SUR GROUPE FROID ...........................................................................75-76

26 • POMPAGE ET IRRIGATION .............................................................................................................77-78

27 • MATÉRIELS D’IRRIGATION ............................................................................................................79-80

MULTI-ÉNERGIE


28 • CHAUFFE-EAU SOLAIRE INDIVIDUEL ................................................................................................83-84

29 • COUVERTURE ET CHAUFFAGE SOLAIRE DES PISCINES .....................................................................85-86

30 • CHAUFFAGE D’APPOINT AU BOIS ....................................................................................................87-88

31 • POMPES À CHALEUR ..................................................................................................................89-90

AMÉLIORATION THERMIQUE DU BÂTIMENT


32 • ISOLATION THERMIQUE..................................................................................................................93-94

33 • VENTILATION MÉCANIQUE CONTRÔLÉE ...........................................................................................95-96

34 • ISOLATION DES PAROIS VITRÉES ...................................................................................................97-98

35 • CLIMATISATION : PROTECTION DU BÂTI .........................................................................................99-100

36 • CLIMATISATION : ISOLATION DES PAROIS VITRÉES ......................................................................101-102

PRODUCTION DÉCENTRALISÉE


37 • GROUPE ÉLECTROGÈNE ..........................................................................................................105-106

38 • COGÉNÉRATION........................................................................................................................107-108

39 • TURBINAGE DE L’EAU POTABLE ..................................................................................................109-110

DÉVELOPPEMENTSN° CHAPITRE PAGES

D.1 - LE CHAUFFAGE ÉLECTRIQUE ..........................................................................................111-149

D.1.1 - DIMENSIONNEMENT ET CONSOMMATIONS ..........................................................................111-120

D.1.2 - AMÉLIORATION THERMIQUE DU BÂTI .................................................................................121-130

D.1.3 - GESTION DE L’ÉNERGIE ....................................................................................................131-135

D.1.4 - PANNEAUX RADIANTS, CHAUFFAGE PAR LE SOL .................................................................136-141

D.1.5 - CHAUFFAGE ÉLECTRIQUE & BOIS-ÉNERGIE........................................................................142-144

D.1.6 - POMPE À CHALEUR..........................................................................................................145-149

D.2 - LA CLIMATISATION ...............................................................................................................150-164

D.3 - L’EAU CHAUDE SANITAIRE ...............................................................................................165-170

D.4 - L’ÉLECTROMÉNAGER..........................................................................................................171-184

D.5 - L’ÉCLAIRAGE ..........................................................................................................................185-193

D.6 - LES USAGES EN ZONE AGRICOLE.................................................................................194-200

D.7 - LA FILTRATION DES PISCINES PRIVÉES.......................................................................201-203

D.8 - LA PRODUCTION DÉCENTRALISÉE D’ÉLECTRICITÉ ................................................204-216

D.9 - LES OUTILS D’AIDE À LA MISE EN PLACE D’OPÉRATIONS .................................217-234

DEROULEMENT D’UNEOPERATION DE MDE MICRO

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LA MDE MICROUN OBJECTIF SIMPLE ; DES INTÉRÊTS MULTIPLES

L'objectif d’une opération de MDE micro est de lever les contraintes sur un départ BT en présentant un bilanéconomique plus avantageux qu'un renforcement classique.Cet objectif permet de concentrer les budgets de renforcement pour les départs où ils sont les plusefficaces. Il s’agit bien en cela d’augmenter la qualité de service, et non pas de diminuer le volume destravaux. Les avantages, par rapport à un renforcement classique du réseau, sont multiples :• pérenniser le poste HTA/BT lorsque l’action de MDE implique une réduction de la pointe synchrone du

départ,• sensibiliser les clients à la maîtrise de l’énergie ; diffuser des usages performants ; permettre des

économies aux usagers,• réaliser une démarche de proximité vers les clients,• développer l’activité des entreprises locales lors de la phase travaux (artisans…),• améliorer la prise en compte de l'environnement par le système électrique.

La MDE offre par ailleurs une alternative peu coûteuse au statu quo souvent en vigueur face à un départdont le coût de renforcement par client est élevé, même si le départ peut être jugé vétuste (fils nus).

Le synoptique ci-contre, extrait du Guide Méthodologique des opérations de MDE micro, trace ledéroulement d’une opération de ce type. Ce guide présente dans le détail l’ensemble du déroulement :depuis les critères de sélection des départs jusqu’à la mise en place des travaux et du suivi. Les possibilitésde financement y sont également abordées.

LE COÛT DES DÉPARTS FAVORABLES À LA MDE :LE CRITÈRE À RETENIR

Le soin apporté au choix des départs à traiter par la MDE est essentiel pour la réussite des opérations quiseront mises en place. Le critère majeur de sélection est celui du coût de renforcement estimatif par clientdu départ. Un coût élevé permet en effet d’avoir recours à un plus grand choix de solutions techniques deMDE et d’en optimiser la rentabilité économique.

Tous les seuils proposés dans l’organigramme pour orienter le traitement d’un départ vers telleou telle solution sont issus du retour d’expérience des opérations réalisées. Ils peuvent êtreajustés en fonction de spécificités locales éventuelles.

Le prédiagnostic a pour objectif d’orienter le plus tôt possible le traitement du départ vers l’une des quatrepossibilités suivantes :• les solutions réseaux simples (heures creuses et équilibrage des phases),• les solutions DAT et transfo tri-mono seuls,• un diagnostic complet de MDE,• un renforcement.

Une visite sur site avec mise en place de mesures permet à ce stade :• de s’assurer que le départ est bien en contrainte, et de connaître le niveau de cette contrainte,• de connaître les horaires d’apparition de la contrainte,• d’appréhender le niveau de déséquilibre entre les phases lors de la chute de tension,• de détecter la présence de clients ayant une activité professionnelle spécifique (souvent mal simulée par

les modèles numériques).Le diagnostic complet MDE est réservé aux départs répondants aux critères de sélection et pour lesquelsune solution concernant uniquement le réseau n’a pu être trouvée. Il vise à définir une solution techniqueou un ensemble de solutions techniques permettant de lever les contraintes et à en établir le bilan financier.

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LA MDE MACRO

OPTIMISER LES TRAVAUX SUR LE RÉSEAU DE

DISTRIBUTION À L’ÉCHELLE D’UN TERRITOIRE

Les opérations de MDE macro visent, comme les opérations micro, à optimiser les investissements sur leréseau de distribution d’électricité. Alors que l’opération micro implique une approche départ par départ etdes solutions précisément adaptées (« sur-mesure »), l’opération macro consiste à définir des solutions deMDE adaptées en moyenne aux consommateurs d'un territoire donné (« prêt-à-porter »).

Une analyse géostatistique des données sur les consommations d’énergies par secteurs et par usages surle territoire, couplée à une analyse des données réseau (issues par exemple de la GDO), permet de définirdes actions qui sont caractérisées par :• une famille de solutions-type adaptées en moyenne aux consommateurs locaux,• un faible coût de diffusion de ces solutions sur un territoire ciblé.

Tous les clients ne sont pas rencontrés dans le cadre d’une opération macro ; sa réussite dépend doncfortement de l’accompagnement qui est mis en place pour organiser la réalisation des travaux. Les axes decommunication à développer et les aides éventuelles à mettre en place pour les travaux dépendentfortement du type de solution envisagée et du type de clients « cibles ». Ces éléments doivent être détailléslors de l’élaboration des solutions.

D’AUTRES APPLICATIONS POUR LA MDE MACRO :Ce type d’opérations, visant généralement à prévenir l’apparition de contraintes et différer desrenforcements sur le réseau de distribution d’un territoire, peut également répondre à d’autresproblématiques comme :• différer la construction d’une ligne de transport supplémentaire ou d'un poste-source,• optimiser les achats pour un distributeur,• optimiser les investissements de production (cas des réseaux non interconnectés comme ceux des

départements d’outre-mer par exemple).

Cette approche peut également être utilisée en zone urbaine agglomérée dense, où les coûts derenforcement du réseau sont également très élevés.

UNE ALTERNATIVE LOCALE AU DÉVELOPPEMENT

D’INFRASTRUCTURES LOURDES

Plusieurs opérations de MDE macro ont été réalisées ou sont en cours en France :• actions sur le chauffage électrique dans le Canton de Lanmeur,• opération pilote sur 2 syndicats primaires d’électrification de l’Oise,• solution alternative au projet d’une nouvelle ligne 225 kV visant à sécuriser l’alimentation du bassin

Annécien,• solution complémentaire à un renforcement limité de l’infrastructure existante, lié notamment à des

contraintes d’intégrations paysagères, sur la ligne de transport Boutre – Carros alimentant Nice et sarégion.

La MDE macro répond donc bien à des objectifs de planification à moyen et long terme en apportant desoutils à une réflexion sur les infrastructures locales (réseaux de distribution) et régionales, voire nationales(transport). Elle est l'un des principaux outils à disposition des élus locaux pour agir pour l'Environnementet limiter l'Effet de serre, dans le cadre du Schéma de services Collectifs de l'Energie.

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LES 7 FAMILLES DESOLUTIONS

Le bon fonctionnement d’un départ BT est limité par trois phénomènes physiques distincts :• la saturation d’un poste,• l’échauffement des câbles,• les contraintes de chute de tension.La saturation d’un poste est résolue normalement par son remplacement. S’il n’est pas en fin de vie, il peutêtre réutilisé ailleurs. L’échauffement, dû au passage d’une intensité trop importante, apparaît souvent surdes départs dont les câbles, généralement anciens, sont en cuivre nu de faible section. Les contraintes dechutes de tension apparaissent lorsque les longueurs de câbles sont trop importantes au regard de leursection et de l’intensité qu’ils doivent transporter. On considère ainsi qu’un départ BT est en contrainte dèsqu’un client de ce départ voit sa tension descendre en dessous de 207V (soit 230V moins 10%). Lerenforcement, remède alors classiquement appliqué, consiste à remplacer les câbles existants par descâbles de plus forte section, ce qui implique souvent également le remplacement des supports. Les chutesde tension représentent la cause la plus fréquente des besoins de renforcement ; c’est sur ce critère queles opérations de MDE se concentrent.

Pour toutes les solutions nécessitant une intervention en aval du compteur, il est important de toujoursprivilégier les solutions « gagnant / gagnant » : le client trouve en général plus d’intérêt dans lesmodifications proposées jouant sur les aspects confort et facilité d’utilisation que sur les aspects économiesde factures qui restent généralement modestes.Un scénario de MDE se compose souvent de solutions diverses concernant un ou plusieurs clients sur ledépart. Certaines solutions chez un client peuvent par ailleurs être combinées. Par exemple, la mise enplace d'une isolation et d’un appoint bois au chauffage électrique peut être avantageusement associée àune programmation du chauffage qui peut également être couplée avec un délesteur.

Un important travail d'analyse et de simulation du réseau dans différents cas de combinaisons de solutionsa été réalisé. Ces résultats, présentés au chapitre « Outils d’aides à la mise en place d’opérations » sontdisponibles auprès de l'ADEME et d'EDF, pour les professionnels qui souhaitent approfondir leurconnaissance de l'effet de la MDE dans les réseaux ruraux.

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Intervention sur réseau

Gestion de l'énergie

Electronique depuissance

Matériels performants

Multi-énergies

Amélioration thermiquedu

bâtiment

Production décentralisée

1•INTERVENTION SUR LE RESEAU

2•GESTION DE L’ENERGIE

3•ELECTRONIQUE DE PUISSANCE & STOCKAGE

4•MATERIELS PERFORMANTS

5•MULTI ENERGIE

6•AMELIORATION THERMIQUE DES BATIMENTS

7•PRODUCTION DECENTRALISEE D’ELECTRICITE

INTERVENTION SUR LE RESEAU

PRÉ REQUIS : UNE BONNE GESTION DU RÉSEAU EXISTANT

Deux types d’interventions, relevant de l’activité d’exploitation du réseau, sont à réaliser en premier dans letraitement d’un départ en contrainte :• l’équilibrage des phases (avant disjoncteurs),• l’optimisation locale de la répartition dans le temps des heures creuses.

EQUILIBRAGE DES PHASES DU RÉSEAU PUBLIC

Quelques signes permettent de supposer qu’une antenne BT présente un défaut d’équilibrage :• plaintes dues à des chutes de tension importantes chez des clients alimentés en monophasé alors que

la GDO ne donne pas le départ en contrainte,• plainte d’un client monophasé alors que son voisin, également alimenté en monophasé, ne subit aucun

désagrément,• hausses de tension (mises en évidence par des lampes qui "grillent" anormalement).

Un enregistrement de tension sur les 3 phases en extrémité de réseau permet de connaître l’évolution dudéséquilibre au cours de la journée. A défaut, une mesure ponctuelle de tension sur les 3 phases, lors dela pointe, permet de déceler un déséquilibre entre les phases.

Il est à noter que l’équilibrage des phases reste du ressort du concessionnaire du réseau, et sera réalisépar celui-ci préalablement à toute demande de renforcement.

OPTIMISATION DES HEURES CREUSES

Lorsque l’horaire de passage en heures creuses (HC) est identique pour plusieurs clients d’un départ, il estpossible que des contraintes apparaissent lors de la mise en marche automatique des chauffe-eau le soir(entre 22h et 23h30 en général).

Si le départ n’est pas en contrainte le reste de la journée, un simple décalage des plages horaires d’heurescreuses suffit souvent à résoudre le problème. Un enregistrement des tensions en extrémité de départ surquelques jours permettra de voir rapidement si les contraintes apparaissent lors du passage en HC et devérifier s’il est possible, par exemple, de proposer des heures creuses méridiennes aux clients (offre souventappréciée des consommateurs en zone rurale, qui prennent généralement leurs repas de midi à domicile).

Quelques signes simples permettent de supposer que les contraintes sur une antenne surviennentuniquement lors du passage en heures creuses :• la GDO indique que le départ est en contrainte mais aucun client ne s’est plaint,• les horaires de passage en HC sont les mêmes pour la plupart des clients bénéficiant du double tarif sur

le départ,• un nombre important de clients en extrémité du départ dispose d’un abonnement double tarif,• les consommations en HC de ces clients sont importantes (de l’ordre de la moitié des consommations

totales alors qu’elles n’en représentent généralement qu’un tiers).

Les contraintes sont parfois accentuées par le fait que d’autres usages de forte puissance comme le lave-linge et le lave-vaisselle sont mis en marche le soir après le passage en heures creuses chez certainsclients.

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SOLUTIONS RÉSEAU AVANT DISJONCTEUR

Deux autres techniques, ne nécessitant aucune intervention chez les clients, peuvent être mises en œuvrepour différer un renforcement :• l’adaptateur de tension,• le convertisseur triphasé – monophasé.

Deux organigrammes, permettant une aide à la décision simplifiée pour la mise en place d’un convertisseurtriphasé – monophasé ou d’un DAT, sont proposés au chapitre « outils d’aides à la mise en placed’opérations » de la partie Développement (voir p. 225).

MISE EN PLACE D’UN ADAPTATEUR DE TENSION

Un adaptateur de tension est un transformateur 230V/230V qui permet de fournir une tension de sortie de230V minimum tant que la tension d’entrée ne descend pas en dessous d’un certain seuil.

Le DAT est particulièrement adapté dans le cas d’un client en contrainte, en extrémité d’une antenne, etlorsque les autres clients du départ, situés en amont, sont très bien alimentés.

Le logiciel DATVAL - présenté au paragraphe « outils informatique » du développement « outils d’aide à lamise en place d’opérations » - permet de déterminer, à partir des caractéristiques du réseau et despuissances souscrites des clients, la faisabilité de la mise en place d’un DAT face à un problème decontraintes sur un départ BT.

EDF a délivré des agréments pour des DAT dont la puissance nominale est inférieure ou égale à 36 kVA entriphasé. Environ 100 DAT sont en service à mi 2002 sur le territoire français.

MISE EN PLACE D’UN CONVERTISSEUR TRIPHASÉ-MONOPHASÉ

Le convertisseur triphasé – monophasé permet d’alimenter un client en monophasé, tout en répartissantles appels de courant de ce client sur les 3 phases du départ. Les chutes de tension, liées initialement aupassage d’un courant élevé dans une seule phase, sont donc nettement diminuées.

Il est également possible d’installer un convertisseur tri-mono chez un client alimenté en triphasé fortementdéséquilibré et chez qui l'équilibrage des phases est très délicat à réaliser.

EDF a délivré un agrément pour un transformateur triphasé-monophasé de 12 kVA.

SOLUTIONS RÉSEAU APRÈS DISJONCTEUR

EQUILIBRAGE DES PHASES D’UNE INSTALLATION PRIVÉE

Selon le même principe que pour le réseau de distribution publique, il peut être mis en œuvre aprèsdisjoncteur, un équilibrage des phases chez les clients alimentés en triphasé et qui souhaitent le rester.Cette action nécessite une analyse préalable comprenant une mesure des déséquilibres observés, et uneestimation moyenne annuelle des déséquilibres, qui sert de base à une nouvelle répartition deséquipements sur les trois phases.

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GESTION DE L’ENERGIE

Il s’agit de gérer les périodes de fonctionnement de différents usages dans le but d’éviter des appels depuissance simultanés trop élevés. Les quatre types de solutions sont :• programmation des usages,• régulation,• délestage,• stockage d’énergie thermique.

Ces types de solutions sont parfois combinés pour offrir une solution permettant de diminuer les appels depuissance et la consommation sans modifier le confort.

La programmation du chauffage électrique permet par exemple de diminuer la consommation la nuit touten apportant une température de confort dès le lever des occupants. Elle doit pour cela être couplée à unthermostat d’ambiance. La mise en place d’un délestage évite alors des appels de puissance trop forts lorsde la remontée en température.

Le délestage permet de couper automatiquement l’alimentation d’un circuit ou d’un appareil dont lefonctionnement n’est pas prioritaire dès que la puissance totale appelée par le client atteint un certain seuilqui est généralement égal à la puissance souscrite.

En zones rurales, beaucoup de clients sont encore alimentés en triphasé. Sur d’anciennes installationsélectriques intérieures, les problèmes de déséquilibre sont relativement fréquents. Les clients subissentainsi des disjonctions mais en ont pris l’habitude : on sait qu’il faut éteindre le four avant de démarrer lelave-linge et on fait avec. Dans ce cadre là, la mise en place d’un délesteur apporte pour le client un gainen confort notable. Si le délesteur permet de surcroît de passer à une puissance souscrite inférieure, le gainsur le coût de l’abonnement est également appréciable.

Le délestage est particulièrement intéressant dans le cas du chauffage électrique : une interruptionmomentanée de fonctionnement d’un radiateur n’aura en effet pas d’incidence notable sur le confort.

Pour l’eau chaude sanitaire, le décalage des appels de puissance se fait grâce à un stockage de l’énergiesous forme thermique. Sur les réseaux à fort taux d’utilisation de ballons d’eau chaude électriques, la miseen place de décaleurs permet d’éviter l’apparition de contraintes liées au démarrage simultané d’un grandnombre de chauffe-eau lors du passage en heures creuses.

En zones rurales, trois autres équipements peuvent utiliser le stockage d’énergie pour déplacer des appelsde puissance vers les heures creuses :

• le chauffage (radiateurs à accumulation),• le tank à lait à aspersion d’eau glacée dans les exploitations agricoles laitières,• les ballons d'eau chaude pour les usages professionnels (souvent agricoles).

Les intérêts de la gestion de l’énergie sont multiples pour le client :• utilisation du tarif du kWh en heures creuses,• diminution possible de la puissance souscrite,• augmentation du confort,• sécurisation de l’usage par le stockage d’énergie.

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ELECTRONIQUE DEPUISSANCE & STOCKAGE

Le variateur électronique de vitesse permet d’optimiser le fonctionnement d’un moteur en ajustantélectroniquement la puissance électrique injectée en entrée du moteur à la puissance mécaniquedemandée sur l’arbre de sortie. Ce dispositif permet ainsi de diminuer globalement les consommations ainsique les appels de puissance sur certains modes de fonctionnement.

Le démarreur ralentisseur électronique permet de limiter les appels de puissance lors de la mise en routedes moteurs en limitant la tension délivrée lors du démarrage de façon à atteindre la vitesse de rotationnominale sans à-coups. Ce dispositif atténue sensiblement les phénomènes transitoires (pics de chutes detension, micro-coupures) présents sur les réseaux où se trouvent des moteurs de puissance importante. Iln’apporte toutefois pas de diminution des consommations, ni de gain sur les chutes de tension moyennes.

Un parc batteries avec un onduleur branché en série sur le départ permet de ramener la tension en sortiedans la plage normative et de résoudre les problèmes de micro-coupures en aval. Cette solution, souventonéreuse, présente des contraintes d’exploitation du parc batterie : elle doit être réservée aux petitsconsommateurs. Le principe de fonctionnement est le même que celui des petits onduleurs utiliséscouramment en informatique pour prévenir les dysfonctionnements liés aux micro coupures. Dans le cas deplaintes liées à des micro coupures sur un départ, les petits onduleurs standards pour l’informatiquepeuvent être utilisés en complément à d’autres solutions lors d’une opération de MDE. La suppression desmicro coupures permet alors de favoriser l’acception de l’opération de MDE par les clients en leur apportantsur ce point une amélioration de la qualité de service que ne permet pas, en général, un renforcement duréseau basse tension.

MATERIELSPERFORMANTS

Ce type d’action consiste généralement à remplacer un équipement présent chez un client par unéquipement qui, tout en apportant le même service, présente des appels de puissance et/ou desconsommations inférieurs. A titre d’exemples :• lampes basse consommation en remplacement de lampes à incandescence ou halogènes,• lave-linge performant,• appareils de froid performant,• appareils à usage professionnel performants (moteurs, etc.)…

Il peut s’agir également d’optimiser un process existant pour diminuer ses besoins de puissance (limitationdes pertes de charges en pompage par exemple) ou récupérer de l’énergie, généralement sous forme dechaleur, qui est générée par le process sans être utilisée (cas de la récupération de chaleur sur des groupesfrigorifiques).Ces actions présentent toutes l’avantage d’apporter une diminution de consommation pour le client. Leremplacement d’appareils comme le lave-linge se fera plus facilement si l’équipement existant est âgé. Lesdiminutions des appels de puissance par appareil sont généralement importantes au regard de la puissancede ces appareils, notamment pour l’éclairage : à éclairement identique, une lampe basse consommationprésente une puissance 5 fois inférieure à une lampe à incandescence. Ces diminutions restent toutefoissouvent modestes au regard des appels de puissance totaux du client, mais peuvent apporter dans certainscas une contribution sensible pour des coûts relativement faibles.

Pour les appareils comme le lave-linge et le lave-vaisselle, 80% de la consommation (et des appels depuissance) étant du au chauffage de l’eau, une alimentation directe en eau chaude apporte une diminutiontrès nette de la durée des appels de puissance, ce qui permet un foisonnement beaucoup plus important.

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MULTI ENERGIE

Ces solutions consistent à combiner à l’électricité d’autres énergies susceptibles d’apporter un serviceéquivalent.En règle générale, l’utilisation des énergies renouvelables (chaudière ou insert bois, chauffe eau solaire)sera privilégiée. Ces modifications, qui apportent une diminution immédiate et garantie des puissancesappelées, peuvent représenter des investissements importants et ne doivent bien sûr se faire que lorsquele client y est favorable.

Pour certains usages, la rentabilité économique pour le client peut être assez rapide (cas du chauffagesolaire pour les piscines par exemple). Le bois-énergie sera naturellement à privilégier dans les zones oùson approvisionnement est simple.Certains équipements spécifiques (groupe de soudage, motopompe), pour lesquels la consommationélectrique est très faible au regard des perturbations qu’ils génèrent sur le réseau BT, pourront êtreremplacés par leurs équivalents à alimentation autonome.

Les pompes à chaleur utilisées pour le chauffage font également partie de ces solutions multi énergie.

AMELIORATION THERMIQUEDES BATIMENTS

Les travaux d’isolation sur des bâtiments peu ou mal isolés permettent de diminuer fortement laconsommation liée au chauffage et apportent un gain sensible en confort. L’amélioration thermiques’applique, par ordre décroissant d’efficacité :• à la toiture (ou combles),• aux murs,• au plancher bas,• aux ouvrants.

Les investissements sont assez lourds, et s’inscrivent pour le propriétaire dans une démarche à long termequi sera motivée autant par l’amélioration du confort (et de la valeur de son bien immobilier), que l’économiede consommation.

La diminution de puissance se fait par un plus grand foisonnement entre les appareils de chauffageélectrique. Elle est encore plus importante si une réhabilitation du chauffage peut être mise en œuvreégalement (diminution de la puissance installée ; meilleure régulation ; programmation…). L’économie surla consommation pour le client peut s’accompagner d’une baisse de la puissance souscrite.Il est à noter toutefois qu’en zone rurale, dans les habitations mal isolées, on rencontre souvent des clientsqui restreignent l’usage du chauffage électrique pour en limiter le coût. L’amélioration thermique du bâtientraîne alors une augmentation très nette du confort, sans apporter toutes les économies théoriques quipeuvent être estimées dans des calculs. En effet, la modification du comportement des utilisateurs suite auxtravaux est généralement difficile à appréhender.

Les solutions sur le bâti pour diminuer appels de puissance et consommations en climatisation consistentprincipalement à limiter les apports directs de chaleur liés aux rayonnements solaires. L’améliorationthermique s’applique, par ordre décroissant d’efficacité :• à la toiture,• aux parties vitrées (effet de serre),• aux murs.La limitation des apports d’air extérieur dans les locaux climatisés joue également un rôle important dansla maîtrise des consommations. Ce point est à considérer en particulier dans les DOM où les ouvrants sontsouvent conçus pour apporter une ventilation naturelle (jalousies).

16

Multi-énergies


bâtiment

PRODUCTIONDECENTRALISEED’ELECTRICITE

La mise en place d’une production décentralisée d’électricité sur un départ BT permet, en limitant lesappels de courant, de diminuer les contraintes sur le départ. La production se fera en général en extrémitéde réseau.

Cette production peut être réalisée au moyen d’un groupe électrogène (en secours pour un tarif EJP parexemple) ou par le biais des énergies renouvelables, comme le photovoltaïque raccordé au réseau.Les techniques qui permettent la production d’électricité par solaire photovoltaïque ne sont pas présentéessous forme de fiche, car elles sont en dehors de l’objet de ce catalogue. Néanmoins, elles sont présentéesde manière générale dans la partie “Développement”. Les maîtres d’œuvre de ces installations pourrontutilement contacter les services spécialisés de l’ADEME et d’EDF.

Il y a lieu toutefois de noter que les énergies renouvelables, si elles offrent la garantie d’un volume deproduction donné sur l’année, ne sont souvent pas disponibles en permanence. Afin de s’assurer qu’ellespermettent de lever les contraintes, elles doivent généralement, dans une approche MDE micro, êtrecouplées à un stockage. Les micro-turbines hydrauliques sur les conduites d’alimentation en eau potableprésentant une des rares solutions pouvant apporter une garantie de production dès lors que le débitminimal passant dans la conduite est connu.

La mise en place d’un module de cogénération, permettant de produire à la fois de l’électricité et de lachaleur, peut avoir un impact immédiat très important sur les contraintes. Les modules de faible puissancesont encore peu développés, les plus petites cogénérations existantes sur le marché étant de 5 kWélectriques (les plus puissantes peuvent atteindre plusieurs MW électriques). La puissance thermiquedéveloppée est généralement deux fois supérieure à la puissance électrique produite. Une telle solution seradonc mise en place surtout si elle permet de couvrir des besoins en chaleur importants existants sur le siteou à proximité. La cogénération prend en effet tout sons sens (d’un point de vue d’optimisation techniqueet économique) lorsque la production de chaleur est largement utilisée.

17


PREMIERE ORIENTATIONVERS LES 7 FAMILLESLe tableau ci-dessous indique, en fonction d’éléments simples sur les caractéristiques du départ en contrainte,quelles sont les familles susceptibles d’apporter des solutions de MDE sur ce départ. Au sein des famillesidentifiées, on s’orientera vers les solutions concernants des usages présents sur le départ, et plusparticulièrement chez les clients en extrémité du départ. Un départ peut répondre à plusieurs cas, et la miseen place d’un ensemble de solutions peut être nécessaire pour résorber une contrainte. Les cas possibles pourlesquels chaque famille de solutions peut apporter des réponses ne sont bien sûr pas tous représentés ici.

Départ déséquilibré •

2 clients en contraintes maximum •

Micro - coupures •

Contraintes brèves (<2min) • •

Contraintes longues • • • • •

week end ;vendredi soir ; vacances hiver

•

matin 6h – 9husages domestiques & agricoles • • •

journéeusages professionnels

• • • •

12h – 14h et/ou 18h – 20husages domestiques • • • • •

22h – 23hpassage heures creuses • • •Ho

raire

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Multi-énergies


bâtiment


18

Les 7 familles sont détaillées dans les 39 fiches solutions ci-après.Les calculs économiques dans les fiches sont effectués hors TVA (ils tiennent compte des taxes locales surl’électricité) : les prix considérés pour le kWh électrique sont les suivants :

heures pleines = 0,0852 €heures creuses = 0,0506 €

Les prix indiqués pour le matériel sont hors taxe.

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Intervention sur réseau1 • ADAPTATEUR DE TENSION

2 • CONVERTISSEUR TRIPHASÉ MONOPHASÉ

3 • EQUILIBRAGE DES PHASES CHEZ UN CLIENT

1•ADAPTATEUR DETENSION

L’adaptateur de tension permet de limiter les chutes de tension chez un client en agissant comme un autotransformateur 230V/230V qui réhausse la tension.L’appareil existant, le DAT (Décaleur Adaptateur de Tension), intègre également une fonction de décalage quipermet de délester un usage sur un seuil de tension ou de puissance.Les puissances disponibles pour le DAT sont de 36 et 54 kVA en triphasé et de 18 kVA en monophasé.L’adaptateur de tension triphasé gère les 3 phases de façon identique et indépendante.Il est installé en série sur le réseau, sur socle ou sur poteau, en amont du client ou des clients subissant leschutes de tension.

Solution ✓ domestique ✓ professionnelle ✓ avant disjoncteur

PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

ClientsRéseau

Réseau - entrée DAT400

200

-200

-400

0

Sortie DAT - entrée clients

appel de puissance

valeurinstantanée

valeurefficace

Poste source

Intallé sur un poteau ou au sol en amont

d'un ou plusieurs clients

DAT

valeurinstantanée

valeurefficace

400

200

-200

-400

0

appel de puissance

1

2

La spécification EDF exige que l’adaptateur de tension permette de ramener la tension de sortie dansla plage normalisée (limite 230V moins 10%) pour une tension minimale d’entrée de 167V. Il est à noterque la réhausse de tension en sortie se fait par un appel de courant plus important en amont del’adaptateur : la tension en entrée de l’adaptateur est donc inférieure à la tension présente en ce pointdu réseau avant sa mise en place, ce qui induit une augmentation des chutes de tension chez les clientssitués en amont.Avec un rapport de réhausse maximal de 1,24, le DAT n’est donc pas adapté pour des chutes de tensionsupérieures à 22%. Il ne doit pas non plus être installé lorsque les clients situés en amont subissentune chute de tension proche de 10%. Il est également rarement adapté lorsque plus de 3 clients sonten contrainte. Le chapitre « outils pour la mise en place d’opérations » du catalogue indique, à l’aided’organigrammes, quels sont les cas de figure typiques pour lesquels le DAT est approprié ou non. Pourles cas plus complexes, le logiciel DATVAL, développé par Optarel, est également présenté.

Dans le cas de la mise en place d’un DAT pour deux ou trois clients monophasés, la puissance nominaledu DAT (donnée en triphasé) devra être de trois fois la puissance maximale appelée par le client le plusimportant.

FAISABILITÉ3


21

Source : Optarel

ADAPTATEUR DE TENSION

L’adaptateur de tension n’apporte aucun gain en consommation pour le client. Il augmente légèrement lespertes techniques sur le réseau du fait d’une consommation interne de l’ordre de 3% et d’une augmentationdu courant appelé en amont lorsqu’il est en fonctionnement.

GAIN EN EUROS ET EN KWH

Du point de vue du client, la mise en place d’un DAT apporte le même service qu’un renforcement du réseauen ramenant la qualité de distribution de l’électricité dans la norme. La rapidité de mise en œuvre de cettesolution peut toutefois présenter un avantage.

AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS POUR LE CLIENT

Fabricant : Optarel.EDF a délivré des agréments pour des DAT dont la puissance nominale est inférieure ou égale à 36 kVA entriphasé. Environ 100 DAT sont en service à mi 2002.La fonction de décalage d’un usage n’a pas fait l’objet d’agrément, du fait de la nécessité d’intervenir enaval du compteur (attente du décret d’application de la loi du 10 février 2000).

INFORMATIONS COMPLÉMENTAIRES

6

7

8

Le prix moyen hors pose d’un DAT de 36 kVA triphasé est de 12 500 € HT (9 000 € pour un 18 kVAmonophasé). La pose se fait sur socle ou sur poteau et nécessite généralement une demi journée de travailà 2 personnes.

COÛT4

22

La mise en place d’un adaptateur de tension ne modifie pas les appels de puissance sur le réseau desclients situés en aval de cet adaptateur. Par contre, elle augmente légèrement la puissance appelée enamont lors des périodes de contraintes du fait de la consommation interne de l’appareil. La remontée dela tension en sortie se fait par une augmentation du courant appelé en entrée de l’adaptateur. Le facteurde réhausse du DAT s’ajuste automatiquement en fonction du niveau de chute de tension pour délivrerune tension de sortie de 225V.

PUISSANCE ÉVITÉE5

2•CONVERTISSEURTRIPHASÉ – MONOPHASÉ

Le convertisseur triphasé - monophasé permet de répartir les appels de courant d’un client alimenté enmonophasé sur les 3 phases du réseau. Le principe de fonctionnement est basé uniquement sur deséléments inductifs (aucun équipement électronique n’est intégré au convertisseur). Le neutre au niveau duclient est le même que le neutre réseau, ce qui assure le fonctionnement des protections différentielles enaval du convertisseur.Les puissances existantes sont de 12 et 18 kVA.


PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

1

2

La spécification EDF exige que le convertisseur permette de ramener la tension de sortie dans la plagede tension normalisée (limite 230V moins 10%) pour une tension minimale d’entrée de 193V (dans lecas où il n’y a pas de clients en amont du transformateur).Le convertisseur tri – mono est particulièrement adapté dans le cas d’un client alimenté en monophasésitué seul en extrémité d’une antenne longue. La répartition des courants permet de baissersensiblement la chute de tension présente initialement sur le réseau entre le client concerné par leconvertisseur et le premier client situé en amont.A pleine charge, la chute de tension dans le convertisseur est d’environ 5V, qu’il y a lieu d’ajouter à lachute de tension résiduelle en amont pour obtenir la chute de tension en sortie après installation.La pose se fait sur socle ou sur poteau et nécessite généralement une demi journée de travail à 2personnes. Aucune programmation n’est nécessaire.

FAISABILITÉ3


23

Source : Thuillier

CONVERTISSEUR TRIPHASÉ –MONOPHASÉ

PUISSANCE ÉVITÉE5

La mise en place d’un convertisseur triphasé – monophasé n’engendre aucune diminution deconsommation pour le client. Dans le cas d’un client alimenté en triphasé avec une installation fortementdéséquilibrée et n’ayant pas d’équipements triphasés, le passage à un abonnement monophasé peutpermettre de baisser la puissance souscrite. L’économie annuelle sur l’abonnement est par exemple de 98€ en passant de 18 à 12 kVA en tarif bleu (157 € pour un double tarif).Le courant magnétisant sur les bobines du transformateur (présent uniquement lorsqu’aucune puissancen’est appelée en sortie) génère une consommation à vide de l’ordre de 100W. En fonctionnement, les pertessont de l’ordre de 6 % (pertes fer et pertes joule comme pour tout transformateur). Ces pertes techniquessont partiellement compensées par une diminution des pertes sur le réseau en amont du convertisseur dufait de la répartition du courant appelé dans les 4 fils.


Dans le cas d’un client désirant conserver une alimentation en triphasé, et pour lequel l’équilibrage n’estpas possible, le convertisseur peut éviter un déséquilibre important sur les usages monophasés. Il y a alorslieu de mettre en place un double comptage (triphasé et monophasé), pour éviter que le convertisseur nesoit placé en aval du disjoncteur et que le client paye alors la légère sur-consommation liée à cetéquipement.Pour un client déjà alimenté en monophasé, la mise en place du convertisseur en amont de sonbranchement n’apporte aucune modification autre que l’amélioration de la qualité de fourniture d’électricité.La rapidité de mise en œuvre peut présenter un avantage par rapport à un renforcement du réseau.


Fabricant : Thuillier Le convertisseur tri – mono de 12 kVA est homologué par EDF.


6

7

8

Le prix moyen du convertisseur triphasé – monophasé de 12 kVA est de 6500 € HT hors pose.

COÛT4

24

La puissance évitée est nulle en global. La puissance transitée par phase est divisée par deux par rapportà la puissance initialement appelée dans une seule phase. Le courant est réparti également entre les 3 phases et le neutre mais le convertisseur introduit un déphasage important sur l’une des phases, cequi ne permet pas de diviser tout à fait la chute de tension par deux dans le dernier tronçon alimentantle client. Une campagne de mesures effectuée sur un site en Maine et Loire a mis en évidence unediminution de la chute de tension qui est passée de 15 à 10%.

3•EQUILIBRAGE DESPHASES CHEZ UN CLIENT

En zones rurales, de nombreux clients sont encore alimentés en triphasé. Au fil de l’évolution des usages etdes modifications sur l’installation électrique, la répartition de la charge sur les trois phases est de moinsen moins équilibrée. Ceci peut alors entraîner des disjonctions sur appel de courant trop fort sur la phase laplus chargée et inciter le client à surdimensionner sa puissance souscrite.Face à une plainte de ce type d’un client alimenté en triphasé, le distributeur analyse les besoins de ce clientet lui propose généralement de passer en monophasé s’il n’a plus d’équipements nécessitant le triphasé.Cette intervention augmente le déséquilibre sur le réseau et peut générer des contraintes, notamment si leclient est situé en extrémité d’antenne.Sans modifier l’abonnement, une redistribution des usages du client sur les trois phases, en jouant sur lecâblage des différents circuits, permet également d’éviter les disjonctions. L’équilibre retrouvé chez le clientpermet de plus d’améliorer l’équilibre sur le réseau lorsque le client est situé en extrémité d’antenne.

Exploitation agricole du Maine & Loire (source Fr2e). Résidence secondaire dans l’Aisne (source SERT).

Les deux graphiques ci-dessus sont issus de campagnes de mesures menées dans le cadre d’opérationsADEME – EDF de MDE micro.

Solution ✓ domestique ✓ professionnelle ✓ après disjoncteur

PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

1

2

Le coefficient C est utilisé pour définir le déséquilibre en un point du départ. Il dépend de la puissancetotale transitée en ce point et de la puissance transitée par la phase la plus chargée.

C = . C=1 indique un équilibrage parfait ; C=0 aucun équilibre (toute la puissance esttransitée sur une seule phase) ; C=0,5 indique qu’une phase est deux fois plus

chargée que les deux autres. Dans le graphique de droite, ci-dessus, C est à 0,4 en moyenne ; il varieau cours de la journée.

L’équilibre parfait n’est pas possible à obtenir en usages domestiques où un coefficient C moyen de 0,8à 0,9 est déjà correct. Lors d’un équilibrage, on cherchera à optimiser la répartition entre les phaseslors des appels maximum de puissance.

L’équilibrage des phases sur une distribution électrique intérieure peut parfois nécessiter des travauximportants, lorsque par exemple plusieurs bâtiments différents sont alimentés par le même compteuret qu’une seule phase a été câblée par bâtiment (cas des fermes pour lesquelles la partie habitation estgénéralement câblée en monophasée). La difficulté de l’équilibrage en domestique est liée au fait queles différents usages ont des périodes de fonctionnement variables (semaine / week end ; hiver / été…).

L’intervention en aval du disjoncteur ne peut être faite que par un électricien qualifié. Lorsque le tableaune répond pas aux normes, l’intervenant est obligé d’inclure dans sa prestation sa remise en conformité.Il s’agit souvent de l’installation d’une protection différentielle.

FAISABILITÉ3


25

1_2 -1Ptotale_____

Pmaxphase( )

EQUILIBRAGE DES PHASES CHEZ UN CLIENT

PUISSANCE ÉVITÉE5

L’équilibrage n’apporte aucune économie sur la consommation. S’il permet de baisser la puissancesouscrite d’une tranche par une diminution des appels de puissance sur la phase la plus chargée,l’économie sur l’abonnement est de 49 ou 79 € HT par an (cas du passage de 18 kVA à 15 kVA en tarifbleu, simple tarif ou double tarif).


Le principal avantage est d’éviter tout risque de disjonction. L’équilibrage ne présente pas d’inconvénientsautres que ceux liés à la réalisation des travaux sur la distribution intérieure. Les travaux restent mineurs siune nouvelle répartition des phases peut se faire en modifiant seulement le câblage du tableau général dedistribution. Ce type d’intervention, par une mise à niveau de l’installation intérieure (prise de terre etraccordements corrects notamment) permet également de diminuer fortement les hausses de tension chezle client, qui pouvaient faire « griller » un nombre important de lampes.


Face à une distribution déséquilibrée, les clients ont souvent tendance à adapter leur comportement : ilssavent que la mise en marche du four en même temps que le lave-linge entraîne une disjonction et ilsagissent en fonction. L’équilibrage augmente dans ce cas fortement le confort d’usage, mais ne permet pasune diminution importante de la puissance appelée sur la phase la plus chargée.


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7

8


Le coût de l’équilibrage dépend fortement du type d’installation. Pour une habitation, si l’intervention selimite à un recâblage du tableau de distribution, il est de l’ordre de 300 à 400 € HT. Il pourra être nettementplus élevé si des liaisons sont à créer pour distribuer 1 ou 2 phases en plus dans certaines pièces voire dansdes bâtiments annexes alimentés initialement en monophasé. La remise en conformité peut égalemententraîner un coût supplémentaire.

COÛT4

26

La puissance évitée par un équilibrage est nulle en global. C’est uniquement la diminution de puissanceappelée sur la phase la plus chargée qui permet de diminuer les chutes de tension sur le réseau.

27

Gestion de l'énergie4 • RÉGULATION DU CHAUFFAGE ÉLECTRIQUE

5 • PROGRAMMATION DU CHAUFFAGE ÉLECTRIQUE

6 • GESTIONNAIRE D'ÉNERGIE

7 • RADIATEUR À ACCUMULATION

8 • DÉLESTEUR

9 • MISE EN MARCHE DÉCALÉE DE L'ECS

10 • PROGRAMMATION DE L'ÉLECTROMÉNAGER

11 • MINUTERIE POUR L'ÉCLAIRAGE

12 • TANK À LAIT À EAU GLACÉE

13 • DÉCALAGE DU TANK À LAIT

4•RÉGULATION DUCHAUFFAGE ÉLECTRIQUE

En boucle fermée la régulation consiste à faire agir un régulateur en fonction de la comparaison entre lamesure de la grandeur à régler et la valeur prescrite (consigne). Le but est d’assurer le confort et l’exemplele plus connu est le thermostat.La régulation ne modifie pas la puissance appelée par l’appareil, tant quelle est de type « tout ou rien ».Cependant l’emploi de thermostats électroniques du type proportionnel (P) avec une base de temps courte(de 30 s à 2 min) conduit à un meilleur foisonnement des puissances appelées et on peut constater unepuissance moyenne appelée sur le réseau plus faible qu’avec des thermostats de type tout ou rien dont lepas de temps naturel est beaucoup plus long (environ 20 min).La marque NF Electricité Performance attribuée aux émetteurs de chaleur comporte deux catégories,B et C, qui caractérisent en particulier le comportement du thermostat intégré en terme de sensibilité et dedérive.La catégorie B est caractérisée par une dérive inférieure à 2,5 K et une amplitude inférieure à 1 K.La catégorie C est caractérisée par une dérive inférieure à 1,5 K et une amplitude inférieure à 0,5 K.En boucle ouverte, le réglage est effectué en fonction de la (ou des) grandeur(s) perturbatrice(s) sans tenircompte de la grandeur réglée. Ce principe ne permet pas de garantir avec précision la grandeur réglée maisune mauvaise utilisation des équipements n’entraîne pas une dégradation du bilan énergétique (etéconomique). L’exemple classique est le régulateur chrono-proportionnel en fonction de la températureextérieure.


PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

marche/arrêts

base de tempstemps

Energie

100 %

75 %

50 %

25 %

0 %

1

2

Cette solution peut être utilisée pour tous les systèmes de chauffage : chauffage électrique ou à énergiefossile.Dans le cas du chauffage électrique, la centralisation de la commande des émetteurs doit être possible parcâblage, par fil pilote, par liaison radio ou infra-rouge. Dans le cas du chauffage à eau chaude, la chaudièreet le réseau hydraulique doivent permettre la commande du circulateur indépendamment des autresorganes.

FAISABILITÉ3

Les prix vont de 50 à 200 €.Le coût d’achat d’un régulateur varie en fonction de nombreux paramètres : sa technologie, sesalgorithmes de fonctionnement, son mode de communication, le nombre de zones qu’il peut piloter, …Les prix donnés ci dessus concernent l’appareil non posé.

COÛT4


Exemple de thermostat intégré à l’émetteur Principe de régulation chrono proportionnelle

29

Source : Thermor

RÉGULATION DU CHAUFFAGEÉLECTRIQUE

Si le régulateur est un simple thermostat qui agit par tout ou rien sur le chauffage et si la durée des cyclesest mal choisie vis à vis de l’inertie de l’installation et du local, alors il peut exister une ondulation résiduellede la température ambiante.Si cette ondulation est relativement importante (dépassant, par exemple, le degré) alors, en faisantl’hypothèse que l’usager réagit sur sa consigne aux moments où la température est la plus basse, cetteondulation peut provoquer une température moyenne plus élevée : un demi-degré, par exemple, sil’amplitude de l’ondulation est de un degré.La régulation du chauffage électrique conduit à un meilleur foisonnement des puissances appelées mais iln’y a pas de puissance évitée.Dans le cas du chauffage à eau chaude, la régulation doit porter aussi sur l’asservissement des auxiliaires(notamment les circulateurs) ce qui a un effet sur la consommation mais n’influe pas sur le niveau desappels de puissance.

PUISSANCE ÉVITÉE5

Dans ce cas les économies sont très difficiles a estimer car elles sont liées au comportement de l’utilisateur.Une meilleure régulation des émetteurs peut entraîner soit une économie d’énergie, certes faible, par unenon augmentation du thermostat pour cause d’inconfort, soit un meilleur confort pour l’usager.


Le client ne peut que tirer des avantages de la mise en place d’une régulation : au niveau du confort, et parune meilleure répartition de ses consommations.


Les régulateurs peuvent aussi être intégrés, en tant que fonction, dans les gestionnaires d’énergie.La RT 2000 impose un thermostat de catégorie C pour les émetteurs posés et de catégorie B ou C pour lesémetteurs intégrés aux parois, les appareils de chauffage à accumulation et les « ventilo-convecteurs deuxfils ».


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7

8

30

5•PROGRAMMATION DUCHAUFFAGE ÉLECTRIQUE

Il existe deux types de programmation : horaire ou tarifaire. Cette fonction a pour but de réduire lesconsommations en modifiant la consigne de température ambiante selon la nature de l’occupation (horaire)ou selon la tranche tarifaire en vigueur (tarifaire). Ce dernier cas ne s’applique que pour les abonnementsqui modulent le coût du kWh en fonction de l’heure.En revanche, la programmation peut générer un appel de puissance important au moment des remontéesen température. Cet appel de puissance est d’autant plus accentué sur le réseau que la majorité desfrançais ont un rythme de vie voisin et que, parallèlement, les matériels proposent des cycles dont larésolution de la commande est de l’ordre de 15 min, 30 min ou 1 heure.La programmation tarifaire se fait à partir du compteur électronique qui intègre deux relais et propose unchoix de 3 programmes pour le relais dédié à l’eau chaude sanitaire (voir tableau ci-dessous) et 8programmes pour le relais dédié au chauffage.En programmation horaire, des sondes de température ambiante placées dans les zones de chauffageservent à déterminer la température de confort, laquelle correspond à la consigne de confort réglée sur lesthermostats des émetteurs. C’est à partir de cette température mesurée pendant les périodes de confortque pourront être réalisés les abaissements de température selon la programmation. Notons que latempérature de confort est limitée de 16 à 23 °C.


PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

1

2

Dans le cas du chauffage électrique, la centralisation de la commande des émetteurs de chaleur, par zone,doit être possible par câblage, par fil pilote, par liaison radio ou infra rouge. La commande de l’alimentationdu ballon d’Eau Chaude Sanitaire doit pouvoir être ramenée au compteur.Il faut vérifier que le circuit qui doit être piloté par le programmateur ne correspond qu’aux usages àprogrammer.

FAISABILITÉ3

Le coût d’achat d’un programmateur varie en fonction de nombreux paramètres : sa technologie, s’ilest quotidien, hebdomadaire ou annuel, son mode de communication, le nombre de zones qu’il peutpiloter, … Les prix varient de 50 à 700 € pour un appareil non posé.

COÛT4


Les compteurs électroniques permettent de faire de la programmation tarifaire. Par exemple ils gèrent uncontact pour commander la résistance d’un ballon d’Eau Chaude Sanitaire (ECS) suivant trois program--mes au choix, tel que l’illustre le schéma ci dessus (cas d’un abonnement TEMPO).

31

Source : Sagem

PROGRAMMATION DU CHAUFFAGE ÉLECTRIQUE

Exemple réalisé pour une maison individuelle récente de 100 m2, en zone climatique H1, qui a uneconsommation annuelle, pour le chauffage, de 18 750 kWh sans programmation horaire et de 17 870 kWhavec programmation horaire. Dans ce cas la consommation évitée est de 880 kWh/an et l’économieannuelle de 71 €/an.


En tenant compte des bases actuelles de facturation de l’électricité, la programmation horaire, ou tarifaire,offre un avantage financier à l’usager. Toutefois, pour maintenir le même niveau de confort, laprogrammation tarifaire impose l’utilisation d’une autre énergie.Du point de vue du réseau, une programmation identique chez tous les clients conduit à la synchronisationd’appels de puissance sur la ligne. A l'inverse, une optimisation locale des heures creuses, quand elle estpossible, évite une augmentation des puissances appelées.


Les programmateurs horaires peuvent aussi être intégrés, en tant que fonction, dans les gestionnairesd’énergie.Pour limiter les appels de puissance au redémarrage du chauffage, il faut coupler cette technique avec dudélestage.Les utilisations les plus facilement programmables sont le chauffage, l’ECS, le lavage et le séchage, ainsique le pompage.La programmation est une solution intéressante lorsque la contrainte apparaît de manière quasisystématique au cours d’une période de temps bien identifiée sur la journée. Il faut alors être en mesured’identifier la pointe synchrone qui génère la contrainte de chute de tension, afin d’intervenir de manière àl’étaler dans le temps. Dans ce cas, la programmation décalée des appels de puissance au sein deslogements permettra de lisser la pointe.Ce type d’action peut être combiné avec des équipements à accumulation afin de reporter de plusieursheures le fonctionnement de ceux-ci (voir la fiche n°7 “radiateur à accumulation”).


6

7

8

PUISSANCE ÉVITÉE5La programmation horairedu chauffage électriqueconduit à diminuer laconsommation d’énergie(arrêt en période d’inoccu-pation et en période desommeil) mais il n’y a pasde puissance évitée. Leredémarrage du chauffageinduit un appel de puissan-ce plus important. Maiscontrairement à une faus-se idée reçue, la relanced'un chauffage aprèsréduit de température deconsigne ne procurejamais un bilan énergé-tique défavorable. Par contre il est conseillé de procéder à une remise en température pendant les heurescreuses ce qui permet une économie sur la facture et évite de cumuler les appels de puissance du chauf-fage avec ceux des autres usages domestiques du début de journée.

Puissance initiale (W) Puissance après MDE (W)

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6•GESTIONNAIRE D’ÉNERGIE

Les gestionnaires d’énergie sont des équipements spécifiques dédiés à l’habitat.Ils assurent la gestion des postes consommateurs d’électricité : chauffage et production d’eau chaudesanitaire (ECS), voire gros électroménager.Ils sont adaptés au tarif bleu, options « heures creuses » ou « tempo », et se raccordent à la sortietéléinformation du compteur électronique.Leur rôle est de réduire la facture d’électricité en optimisant la puissance souscrite (abonnement) et enlimitant les consommations de chauffage et d’ECS.Ils assurent les fonctions de :• programmation horaire du chauffage sur 1, 2 ou 3 zones,• programmation tarifaire du chauffage et de la production d’ECS,• délestage du chauffage, voire de la production d’ECS.Ces matériels doivent avoir reçu un certificat attestant leur compatibilité avec la sortie téléinformation ducompteur électronique. Le certificat, accompagné d’un numéro d’agrément, est délivré par EDF aprèsessais.Les gestionnaires se composent :• d’un boîtier modulaire à placer sur rail DIN, en tableau,• d’un boîtier d’ambiance, à placer comme un thermostat, pour la programmation horaire du chauffage,• de sondes de température ambiante dans chaque zone (avec possibilités ou non de dérogation).

Solution ✓ domestique ✓ après disjoncteur

PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

Compteur électroniqueTélécommande téléphonique

Bus de téléinformationProgrammationtemporelle

gestionnaire d'énergie

12:00

Sondes

Chauffage zone 1 Chauffage zone 2 Chauffe-eau Electroménager

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Dans le cas du chauffage électrique, la centralisation de la commande des émetteurs, par zone, doit êtrepossible par câblage, par fil pilote, par liaison radio ou infra-rouge. La commande de l’alimentation du ballond’Eau Chaude Sanitaire doit pouvoir être ramenée au compteur.Il faut vérifier que chaque circuit piloté par le gestionnaire ne correspond qu’aux usages à gérer.L’installation doit être équipée d’un compteur électronique.

FAISABILITÉ3

Le coût d’achat d’un gestionnaire d’énergie varie en fonction de nombreux paramètres : technologie,nombre de fonctions, mode de communication, nombre de zones pouvant être pilotées, … Les prix vont de 130 à 500 € pour un appareil non posé.

COÛT4


Source : Flash

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GESTIONNAIRE D’ÉNERGIE

Exemple réalisé pour une maison individuelle récente de 100 m2, en zone climatique H1, qui a uneconsommation annuelle, pour le chauffage, de 18 750 kWh sans programmation horaire et de 17 870 kWh avec programmation horaire et délestage. Dans ce cas la consommation évitée est de 880kWh/an net l’économie annuelle de 116 €/an.L’économie annuelle est liée à la diminution de consommation et à la possibilité de baisser l’abonnementd’une tranche tarifaire au redémarrage du chauffage (le délestage limite les appels de puissance à la valeurde la puissance souscrite).


En tenant compte des bases actuelles de facturation de l’électricité, la programmation horaire, ou tarifaire,offre un avantage financier à l’usager. Toutefois, pour maintenir le même niveau de confort, laprogrammation tarifaire impose l’utilisation d’une autre énergie.Avec un gestionnaire d’énergie l’utilisateur maîtrise les appels de puissance sans dépassement del’abonnement (Tarif bleu ou jaune).La programmation de certains postes consommateurs peut pallier à l’indisponibilité momentanée desusages délestés.


Pour les usages professionnels, seuls ceux qui ont une grande inertie thermique peuvent être délestés,comme les ballons d’eau chaude par exemple.Il existe des gestionnaires d’énergie simplifiés destinés tout particulièrement à l’habitat collectif. Ils secaractérisent par une programmation simple pour l’utilisateur et un coût réduit par rapport aux gestionnairesclassiques.Chez le client, la fonction délestage ne provoque pas de diminution des consommations d’électricité car sonprincipe réside dans l’étalement, sur une journée, des appels de puissance. Mais elle peut provoquer, auniveau de l‘antenne, une diminution des appels de puissance.


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PUISSANCE ÉVITÉE5Dans cet exemple le ges-tionnaire active la fonction« programmation horaire »et la fonction « délestage »La programmation horairedu chauffage électriqueconduit à diminuer laconsommation d’énergie(arrêt en période d’inoccu-pation et en période desommeil). Le délestagerépartit les puissancesappelées, notamment auredémarrage du chauffa-ge. Les seuils de réglagedu gestionnaire doiventêtre fixés de façon à ceque la puissance ainsi décalée n’entraîne pas d’inconfort.


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7•RADIATEUR À ACCUMULATION

Les radiateurs à accumulation stockent de la chaleur lorsque le prix d’achat du kWh est faible pour larestituer au moment des besoins. Ils sont constitués de plusieurs résistances blindées insérées dans unensemble de matériaux réfractaires à très grande capacité calorifique.Ils peuvent également fonctionner en convecteur d’appoint à puissance intermédiaire lors des périodes degrand froid si l’accumulation en heures creuses est insuffisante.Leur capacité d’accumulation sur 8h de fonctionnement va de 15 kWh pour des appareils de 2000 W à 60kWh pour des appareils de 7500 W.On distingue :• les appareils dynamiques : ils représentent 90% du marché, ils sont équipés d’un ventilateur interne

commandé par un thermostat pour la restitution de la chaleur,• les appareils statiques compensés : ils sont constitués d’un accumulateur statique et d’un convecteur

d’appoint permettant la relance de chauffe en heures pleines si nécessaire,• les appareils statiques : la restitution de l’énergie se fait par convection naturelle régulée par la position

d’un volet interne.


PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

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Cette solution est adaptée aux logements neufs et à la rénovation. L’encombrement (voire également lepoids) de l’appareil est à prendre en compte pour son implantation. La puissance de l’appareil est toujourssupérieure à ce qu’aurait donné le calcul pour des appareils de type convecteur. Il faut alors veiller à ce quel’alimentation soit conforme à la norme C15-100 (protection, section, …) et à ce que la puissance déplacéevers les heures creuses ne génère pas de contraintes sur le réseau.

FAISABILITÉ3

Le coût d’achat d’un radiateur à accumulation varie en fonction de sa puissance électrique et de sontype :pour les radiateurs à accumulation dynamique de 2 à 8 kW, les prix vont de 850 à 1850 €,pour les radiateurs à accumulation statique de 1,6 à 3,2 kW, les prix vont de 450 à 700 €, appareilposé si l’alimentation électrique est à proximité de l’appareil.(Prix de septembre 2003 source www.batitel.com )

COÛT4


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Source : Thermor

RADIATEUR À ACCUMULATION

Exemple réalisé pour une maison individuelle récente de 100 m2, en zone climatique H1 et sans gestion del’intermittence. Sa consommation annuelle, pour le chauffage, est de 18 748 kWh. Ce qui représenteenviron 9 400 kWh en heure pleine. Dans ce cas l’économie annuelle est de 355 €/an.Un chauffage à accumulation bien régulé peut consommer jusqu’à 95% de l’énergie durant les heurescreuses.


L’encombrement, le poids (de 100 à 350 kg) et le prix de ces appareils en constituent leurs principauxhandicaps.Le maximum de la consommation est concentré sur les heures creuses avec un foisonnement pratiquementnul. Ceci peut être générateur de contraintes pour le réseau.L’avantage est financier pour l’usager car une grosse partie de la consommation en heures pleines est alorsdéplacée vers les heures creuses.En général ce type d’appareil ne couvre pas tous les besoins et un complément peut être indispensable.


Il existe les appareils statiques compensés qui sont constitués d’un accumulateur statique et d’unconvecteur d’appoint permettant la relance de chauffe en heures pleines si nécessaire. Leur coût installés,varie de 550 à 850 € HT si l’alimentation électrique est à proximité de l’appareil.


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PUISSANCE ÉVITÉE5Ce système ne permet pasde faire des économiesd’énergie proprement ditesmais de reporter les heu-res d’appel de puissancedurant des périodes creu-ses locales.Cette solution permet destocker de l’énergie durantles heures creuses et doncde bénéficier de toute lapuissance disponible pourles autres usages durantles heures pleines.


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8•DÉLESTEUR

La gestion de puissance a pour but d’assurer la continuité de service en interrompant le fonctionnement decertains équipements au profit d’autres considérés comme prioritaires. Le délestage à seuil permet lacoupure automatique, ou la modulation, de circuits non prioritaires tels que le chauffage ou l’ECS lors d’unappel de puissance important puis la remise en service à pleine puissance des ces appareils après la pointed’appel de puissance.Le délesteur est commandé par une mesure du courant absorbé. Cette mesure est faite soit directementpar le compteur électronique, soit par un transformateur de courant dans le cas d’un compteurélectromécanique.Le fonctionnement du délesteur à plusieurs voies s’effectue en mode hiérarchisé ou cascade ou en modetournant. Toutes les six minutes environ, le délesteur tente de rétablir les circuits délestés.La commande de délestage d’un circuit se fait par un ordre envoyé à un contacteur ou par un signal sur unfil pilote (fonctionnement en « tout ou rien ») ou peut consister en une simple réduction de puissance avecde l’électronique de puissance.


PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

Contacteur"repos"

M2

TC100

Neutre PhaseConvecteurs

Télécommande

Disjoncteur

Disjoncteur Disjoncteur

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Cette solution ne peut être utilisée que sur des applications délestables : chauffage électrique ou EauChaude Sanitaire électrique.Le délestage est utilisable chez un client, mais dans le cas de délestage modulant mis en place sur plusieursfoyers de la même antenne, le foisonnement peut être largement altéré, et le gain en appel de puissancesur la ligne est alors limité.La séparation des circuits de chauffage est indispensable pour pouvoir installer un délesteur. Plus le nombrede voies de délestage est important, plus le délestage est efficace.

FAISABILITÉ3

Le coût d’achat d’un délesteur varie principalement en fonction de son nombre de voies et de satechnologie. Les prix évoluent de 120 à 320 € pour un appareil non posé.

COÛT4


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Source : Deltadore

DÉLESTEUR

Le délestage ne génère pas d’économie d’énergie. Les consommations d’électricité journalières del’antenne avant et après sa mise en œuvre sont identiques ; seuls diffèrent les appels de puissance. Pourle client l’économie annuelle peut être d’une tranche tarifaire, soit 43 €/an.

Le délestage répartit les puissances appelées dans le temps. A un instant donné la puissance appelée peutêtre diminuée de 3 kW en moyenne, l’abonnement peut donc être en général diminué d’une tranche tarifaire(3 kW) sans altération du confort.


L’avantage pour l’usager est la maîtrise des appels de puissance sans dépassement de l’abonnement (Tarifbleu ou jaune).L’indisponibilité momentanée des usages délestés peut présenter une contrainte pour le client.


Les délesteurs peuvent aussi être intégrés, en tant que fonction, dans les gestionnaires d’énergie.Pour les usages professionnels, seuls ceux qui ont une grande inertie thermique peuvent être délestés,comme les ballons d’eau chaude par exemple.Chez le client, la fonction délestage ne provoque pas de diminution des consommations d’électricité car sonprincipe réside dans l’étalement, sur une journée, des appels de puissance. Mais elle peut provoquer, auniveau de l’antenne, un gain sur les appels de puissance.


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PUISSANCE ÉVITÉE5

La figure ci-contre montreune courbe de chargeavant délestage, le résultatdu délestage à sortie « Toutou Rien » trait rouge) et dudélestage modulé (traitnoir).La consommation élec-trique est représentée envert, la surface délimitéepar le trait noir représentele résultat de la modula-tion, celle délimitée enrouge l’effet du délestaged’une voie de 3kW. Le seuilde délestage est fixé à 6kW.Avec la modulation, toute la puissance disponible pendant le dépassement est utilisée, la partie délestéeest récupérée après. Pendant toute la période délestage et récupération il n’y a plus de foisonnement.Avec le délestage tout ou rien, la puissance appelée est diminuée de la puissance consommée à cet instantsur la voie non prioritaire. La partie délestée demande plus de temps pour être récupérée.


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9•MISE EN MARCHE DÉCALÉE DE L’ECS

Mise en place d’un contacteur temporisé, piloté par le signal tarifaire de passage aux heures creuses, pourdécaler la période de fonctionnement d’un chauffe-eau afin de limiter les appels de puissance liés audémarrage simultané de nombreux chauffe-eau sur le réseau.


PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

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Cette solution est adaptée aux départs qui présentent des contraintes qui n’apparaissent qu’au passage desheures creuses.Le décaleur est à installer au niveau du tableau de distribution 230V 50Hz, en amont du circuitd’alimentation du ballon. Il faut s’assurer que le circuit «piloté » n’alimente que le chauffe-eau.La durée restante entre la mise en marche du chauffe-eau et la fin des heures creuses doit être suffisantepour atteindre la température de consigne du ballon.

Photo : De Dietrich

FAISABILITÉ3

Le tarif moyen de ce type de temporisateur est d’environ 80 € (hors pose). Le coût affiché pourl’opération réalisée par la Régie de la Vienne est de 92 € par décaleur, fourni posé.

COÛT4


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MISE EN MARCHE DÉCALÉE DE L’ECS

La réduction de la consommation des chauffe eau a été estimée à 5% lors de l’opération sur la Vienne dufait du maintien à température maximale du ballon plus court, soit une économie moyenne de 84 kWh paran par chauffe eau.

La puissance évitée est nulle en global. La puissance moyenne décalée par client est de 2000 W.Une évaluation effectuée en 1998 sur les campagnes successives mises en place par la Régie de la Viennedepuis 1990 a mis en évidence un gain foisonné de 1300 W par logement. L’évaluation a porté sur unterritoire ayant 2 horaires de déclenchement des heures creuses (21h45 et 23h15) et où 25 000 décaleursinstallés font que 12 500 chauffe eau démarrent à 1h et 12 500 autres démarrent à 2h au lieu de démarrerlors du passage en heures creuses.


Le gain moyen à la pointe est très important au regard du coût et de la simplicité d’intervention. Cettesolution ne présente aucun inconvénient pour le client (sous réserve que le chauffage complet du ballon soitassuré chaque jour). Le faible gain qu’elle lui apporte peut éventuellement engendrer des difficultés pourdiffuser cette action. Toutefois, l’intérêt fort de cette action pour la collectivité peut amener à définir d’autresincitations pour favoriser son acceptation. Sur la Vienne, 64% des clients ont accepté la modificationproposée gratuitement par la Régie.


Des interrupteurs horaires existent chez : HAGER, SCHNEIDER, LEGRAND.


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PUISSANCE ÉVITÉE5

L’appel de puissance estdécalé vers une période dela journée qui est souventtrès peu chargée sur lesdéparts basse tension. Lecoût de la puissance ainsiévitée à la pointe est deseulement 70 € / kW.


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10•PROGRAMMATION DEL'ÉLECTROMÉNAGER

Mise en place d’un interrupteur programmable pour une utilisation des appareils électroménagers en dehorsdes pointes du réseau. Une fonction de programmation (horloge ou départ retardé) est intégrée par certainséquipements. Le cas pratique pris en compte ici est celui de la mise en place de deux interrupteurs pour lelave-linge et le lave-vaisselle.


PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

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A envisager pour les gros appareils électroménagers (en domestique : lave-linge, lave-vaisselle, sèche-linge,radiateur d’appoint).Le fonctionnement pendant les heures creuses de ces appareils crée une simultanéité des demandes quipeut induire un appel de puissance supérieur à la puissance souscrite ou pénalisant pour le réseau.

FAISABILITÉ3

40 € pour l’achat de deux programmateurs. Aucun investissement dans le cas d’appareilsélectroménagers programmables.

COÛT4


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Photos : SERT

PROGRAMMATION DEL’ÉLECTROMÉNAGER

Décalage de la totalité de la puissance, mais pas de diminution de la puissance appelée. 8€/kW décalé.

PUISSANCE ÉVITÉE5

Cas d’un client domestique déjà abonné au double tarif EDF : Economie de 20 €/an.Retour sur investissement (dans le cas de l’achat de deux programmateurs) de 2 ans.Aucune économie n’est apportée pour un client en simple tarif.Economies calculées pour une consommation annuelle de 500 kWh pour un lave-vaisselle et un lave-linge.Et un prix d’achat de 2*20 € pour un programmateur pour chaque appareil.


L’économie financière est due au fonctionnement en heures creuses ; elle n’est toutefois pas suffisante pourjustifier à elle seule un abonnement au double tarif EDF.


Les interrupteurs programmables sont un produit grand public disponible dans tous les magasins debricolage et d’électroménager. De nombreux modes de programmation existent (journalier,hebdomadaire…)


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Il est conseillé de program-mer le fonctionnement deces appareils en fin deplage d’heures creuses.Dans le cas d’une simulta-néité de fonctionnementavec le chauffe eau, il estpossible d’utiliser un déca-leur de chauffe eau. ’voirfiche C26 «décalage d’unchauffe-eau asservi»


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11•MINUTERIE POURL'ÉCLAIRAGE

Commande de lampes par un interrupteur ou un détecteur de présence muni d’une temporisation ou coupléà une minuterie qui assure la fermeture puis l’ouverture d’un contact sur temporisation. Les durées sontréglables de la dizaine de secondes à la dizaine de minutes. Les minuteries sont mises en place sur letableau électrique d’alimentation basse tension en amont de l’éclairage que l’on souhaite piloter.Certains modèles disposent d’un préavis d’extinction qui réduit l’intensité du courant de 50% sur unepériode réglable.


PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

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A privilégier pour les points lumineux dont la fréquence d’éclairage varie beaucoup et pour les zones quirestent souvent allumées inutilement. Le choix du mode de commande se fait en fonction de l’application etdu mode d’utilisation des zones existantes (du simple interrupteur à molette pour un local poubelle à laminuterie centralisée commandée par de nombreux interrupteurs poussoirs dans une cage d’escalier).Cette solution peut s’envisager avec des LBC, à condition de choisir des lampes qui supportent desdémarrages fréquents (voir le point 2.4 du chapitre 5 “Éclairage” en fin de catalogue).Il est nécessaire que la ligne d’alimentation de l’éclairage piloté soit distincte de toute autre ligne au risquede commander d’autres récepteurs. Les minuteries sont dimensionnées pour des puissances maximumdépendant du type de lampe de l’installation existante, variant de 35 à 2000 Watts.Pour les zones de circulation peu fréquentées, un détecteur de présence peut être indiqué, surtout si lesutilisateurs ont tendance à l’emprunter les bras chargés. Pour les zones de circulation plus fréquentées, legain peut s’avérer minime et il y a alors lieu de comparer la temporisation avec la mise en place d’unéclairage performant fonctionnant en permanence sur des plages horaires appropriées (pilotage par unehorloge) qui apportera plus de confort.

FAISABILITÉ3


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Photo : ADEME

MINUTERIE POUR L'ÉCLAIRAGE

PUISSANCE ÉVITÉE5

Le gain potentiel est très important, surtout dans les zones restant allumées inutilement.


Economie d’énergie. Réduction des coûts d’exploitation.Le réglage du système est à adapter pour chaque type d’utilisation. La performance de l’intégration deminuterie passe par une bonne étude sur la fréquence d’éclairage des points lumineux (compromisconfort/économie).


La mise en place d’une commande temporisée peut être l’occasion de redéfinir différentes zones d’allumagesimultané (cas de la cage d’escalier dont les différents paliers peuvent n’être éclairés que 3 par 3 et nonpas tous simultanément).Equipements existants : HAGER, interrupteurs horaires gammes EH et EG. MERLIN GERIN, SCHNEIDER,minuterie MIN et détecteur de mouvement CDM et CE30.


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De 30 à 60 € suivant les fonctions des minuteries et des détecteurs (durée de temporisation, type deréglage de raccordement…). De 70 à 95 € pour les minuteries ou les détecteurs avec préavis d’extinction.

COÛT4

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Le gain se faituniquement sur lapuissance foisonnée etdépend de la durée detemporisation et dumode de fréquen-tation.


12•TANK À LAIT À EAUGLACÉE

Lors de la traite, le lait doit être refroidi rapidement, en général jusqu’à 3 ou 4 °C, pour permettre saconservation dans de bonnes conditions. Le système de refroidissement le plus couramment utilisé est letank à lait à détente directe dans lequel le lait est refroidi par sa mise en contact avec l’évaporateur dugroupe froid. La production de froid est effectuée au moment des besoins, donc essentiellement pendant latraite.Le tank à lait à aspersion d’eau glacée fonctionne lui en deux phases bien distinctes : tout d’abord, laproduction d’eau glacée qui peut être effectuée pendant la nuit et ensuite le refroidissement du lait qui estréalisé par aspersion d’eau glacée sur les parois internes du tank. Cette deuxième phase a lieu au momentdes traites, par mise en route de la pompe à eau glacée.

La gamme de puissances électriques des matériels disponibles en France est de 3100 W à 19800 W pourdes volumes de lait compris entre 1600 et 16000 litres.

Il y a actuellement environ 2000 tanks à eau glacée en France et relativement plus en Grande-Bretagne eten Allemagne.

Solution ✓ professionnelle ✓ après disjoncteur

PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

Aspersion d’eau glacée

AgitateurCirculation d’eau glacée (Source PACKO) Accumulateur de glace

Pompe à eau glacée

(Source PACKO)

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Techniquement, l’installation d’un tank à eau glacée peut être réalisée aussi bien sur une nouvelleexploitation laitière qu’en remplacement d’un tank à détente directe existant. Il faut faire attention au faitque la hauteur disponible doit être un peu plus importante (20 cm environ).Le passage vers les heures creuses de puissances importantes peut permettre, selon l’emplacement del’élevage sur l’antenne, une diminution significative de la contrainte. Cette solution n’est pas adaptée si descontraintes apparaissent déjà sur l’antenne pendant les heures creuses.

FAISABILITÉ3

Le surcoût entre un tank à eau glacée et un tank à détente directe de volume équivalent est comprisentre 1600 et 100 €HT lorsqu’on passe des petites tailles aux plus élevées.Pour un élevage de 70 vaches par exemple, ce surcoût est de 1200 €HT, ce qui représente 10% ducoût initial.

COÛT4


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TANK À LAIT À EAU GLACÉE

Les différences entre la courbe de charge d'un tank à eau glacée et celle d’un tank à détente directe sontimportantes.

PUISSANCE ÉVITÉE5

Il n’y a pas de gain sur les consommations car les consommations des groupes froid sont à peu prèséquivalentes et la consommation de la pompe à eau glacée constitue une consommation supplémentaire,représentant entre 15 et 20% de la consommation globale.Cette consommation est largement compensée financièrement, par l’écart de coût entre heures pleines et heures creuses. Pour l’élevage de 70 vaches, elle est de 1500 kWh/an, soit un gain financier de 217 €HTVA/an, ce qui représente un temps de retour brut de l’installation du tank à eau glacée de 5,5 ans.


Certains éleveurs font ce choix pour les avantages principaux suivants :• la plus grande sécurité de refroidissement apportée par la production d’eau glacée effectuée avant la

traite (effet de stockage de froid par rapport aux besoins),• la très bonne qualité du matériel,• son fonctionnement en heures creuses qui entraîne des économies financières,• l’élimination de tout risque de gel du lait (qui existe avec les tanks à détente directe lors des premières

traites) car l’eau glacée est toujours à une température positive,• la diminution des chutes de tension, dans certains cas.La pompe à eau glacée fonctionnant en monophasé, elle peut entraîner un certain déséquilibre par rapportau tank à détente directe qui lui est équilibré.


Ce type d'installation est généralement plus facile à mettre en œuvre lorsque l'éleveur est assezindépendant. Sinon il est nécessaire d’obtenir l'aval du service froid de la laiterie avec laquelle il travaille.Cette dernière souhaite, en général, n’avoir qu’un seul fournisseur de tank à lait.Fournisseur : PACKO France S.A. : ZI 76440 Forges les Eaux


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Il y a une diminutionconséquente de la pointeet un déplacement despériodes d’appel en puis-sance. On remarque laproduction d’eau glacéependant la nuit et le fonc-tionnement de la pompe àeau glacée aux horaires detraite.

Source : Elevage de 70vaches en Maine & Loire -mesures Fr2e

Pour notre exemple, la puissance évitée sur la pointe est de 3840 W, soit 50% de puissance initiale, ce quireprésente un coût du kW évité de 312 €HT/kW.Sur l’ensemble de la gamme, la puissance évitée varie de 1200 W à 9000 W, soit 1600 €HT/kW pour lesfaibles puissances à 11 €HT/kW seulement pour les puissances les plus élevées.

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— tank à détente directe — tank à eau glacée

13•DÉCALAGE DU TANKÀ LAIT

Cette technique concerne les exploitations possédant un pré-refroidisseur installé entre la pompe à lait et letank à lait ou susceptibles de recevoir ce matériel. Dans ce second cas, on peut se reporter à la fiche 24« PRE-REFROIDISSEUR DU LAIT » dans la famille de solutions “matériels performants”.Le décalage du refroidissement est réalisé en interrompant automatiquement l'alimentation des groupesfrigorifiques pendant le fonctionnement de la pompe à vide. Une temporisation (10 à 15 min) prolongel'interruption car la pompe à vide peut avoir des arrêts de courte durée pendant le lavage de la machine àtraire.Sur certains tanks, l'agitateur continue de fonctionner en permanence pendant le décalage. Pour éviter toutrisque de lipolyse (voir fiche citée ci-dessus), un doseur cyclique – 1min marche / 15min arrêt – doit êtreajouté sur le moteur de l'agitateur.Le décalage est déclenché automatiquement mais l’éleveur peut décider à tout moment de l’interrompreavec la commande Marche/Arrêt.

Schéma de principe du système de décalage (source Fr2e).


PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

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Cette solution peut être facilement mise en place sur le plan technique mais un ensemble de précautionsest à prendre pour ne pas induire de problèmes sur la qualité du lait. Ceci implique que l’élevage enquestion ait, en général, de bons résultats d’analyses de germes totaux et que l’on soit sûr que le pré-refroidissement ait de bonnes performances, même en saison chaude.Pour cela les consignes suivantes doivent être impérativement respectées :• une analyse des résultats « germes totaux » de l’élevage sur les 12 derniers mois ainsi qu’un examendes pratiques de l’éleveur en matière de nettoyage de la machine à traire et d’hygiène (en particulier aumoment de la traite) doivent être effectués afin de s’assurer d’un bon niveau de maîtrise initiale desrésultats et des principaux facteurs de risque de contamination du lait en germes totaux,• le pré-refroidisseur doit être dimensionné en fonction de l'équipement de traite, de la température etde la pression d'alimentation de l'eau froide, de telle sorte que la température du lait envoyé dans letank ne dépasse pas 20 à 22 °C, en été,• la laiterie doit être systématiquement informée afin de s’assurer que la position du producteur dansla tournée de collecte est compatible avec les règles fixées pour la température des laits collectés dansle système d’assurance qualité de l’entreprise.

FAISABILITÉ3


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DÉCALAGE DU TANK À LAIT

La puissance évitée sur la pointe synchrone de l’élevage pris en exemple est de 4 000 W.

PUISSANCE ÉVITÉE5

Les gains en énergie et en euros proviennent uniquement du pré-refroidisseur (voir fiche correspondante).


Le pré-refroidisseur apporte d'autres avantages importants pour l'éleveur (voir fiche 24).Le décalage du tank peut entraîner des inconvénients quant à la qualité du lait si les précautions signaléesn’étaient pas prises ; il est à noter que des mauvais résultats en terme de germes peuvent être pénalisantsfinancièrement.C’est pourquoi la Commission Lait du GIE Elevage des Pays de la Loire demande à ce que cette techniquesoit réservée aux seules zones à problèmes du point de vue des chutes de tension sur le réseau.


Les personnes souhaitant avoir plus de détails peuvent demander les synthèses des résultats des mesureseffectuées avant et après travaux dans le cadre de l'opération expérimentale menée en 2003 sur 10élevages du Maine-et-Loire. Les travaux effectués concernent principalement le décalage du tank à laitaprès installation d’un pré-refroidisseur ; il participe à la réduction des défauts de tension pendant la traite.Durant les périodes de mesures, les gains obtenus sur les nombres et durées des chutes de tension sontcompris entre 40 et 100%.Un premier rapport de synthèse concerne principalement les gains en terme d’amélioration de l’alimentationélectrique et un second les résultats des analyses de lait effectuées également avant et après travaux.

Pour se procurer les synthèses, contacter :• Délégation régionale de L’ADEME Pays de la Loire,• Délégation régionale de EDF Pays de la Loire.


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Cas d’un élevage impor-tant (80 vaches) possédant :- un tank à lait de

6 000 W,- une pompe à vide de

machine à traire de4 000 W.

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• Pré-refroidisseur : voir fiche correspondante• ~360 €HT pour le décalage des groupes frigorifiques• ~160 €HT pour le doseur cyclique sur l'agitateur

COÛT4

— sans décalage — avec décalage


14 • DÉMARRAGE ÉLECTRONIQUE DES MOTEURS

15 • VARIATION ÉLECTRONIQUE DE VITESSE

16 • ONDULEUR ET BATTERIE

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14•DÉMARRAGEÉLECTRONIQUE DES MOTEURS

Les démarreurs électroniques permettent, en modifiant la tension d’alimentation des moteurs, de réduire lescourants d’appel au démarrage. Les courants d’appel des moteurs lors des démarrages en charge sontramenés entre 3 et 4 fois le courant nominal au lieu de 6 à 10 fois sans système électronique decommande. Ils peuvent aussi être utilisés en ralentisseur électronique pour limiter les contraintesmécaniques et les surtensions lors de l’arrêt des moteurs.

Appels de courant (et vitesse de rotation) d’un moteurasynchrone en démarrage direct et avec démarreurélectronique. Source ADEME.

Source Schneider Electric.


PRÉSENTATION1

2

Le démarrage électronique des moteurs peut être envisagé pour tout type de moteur électrique (synchrone,asynchrone ou courant continu) et à partir de puissances de quelques centaines de Watt.Le démarrage électronique est envisageable pour des process où le temps de démarrage du moteur n’influepas sur le service rendu et pour des applications qui ne nécessitent pas un couple maximum au démarrage(cas du levage). Les démarreurs et variateurs de vitesse peuvent être installés dans les armoiresd’alimentation des moteurs.Le choix du démarreur dépend des caractéristiques du moteur électrique et du type d’application (type demoteur, tension d’alimentation réseau, puissance et courant nominal de la plaque signalétique, typed’application et cycle de fonctionnement).

FAISABILITÉ3

Prix indicatif de démarreur électronique hors pose pour des moteurs monophasés ou triphasés :

COÛT4


Puissance moteur monophasé Puissance du moteur triphasé Prix (€ HT)

4 kW 7,5 kW 750 €

5,5 kW 11 kW 800 €

15 kW 30 kW 1 250 €

37 kW 75 kW 2 100 €

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DÉMARRAGE ÉLECTRONIQUE DES MOTEURS

PUISSANCE ÉVITÉE5

Les démarreurs présentent une consommation en énergie qui s’ajoute à celle du moteur (consommationinférieure à 3 % de la puissance électrique du moteur). Certains modèles permettent un arrêt automatiquedu démarreur après que le moteur a atteint son régime nominal.


La fonction de démarrage électronique permet de réduire les courants d’appel aux démarrages quiprovoquent des échauffements brutaux et des contraintes mécaniques dans les moteurs et les processcouplés aux moteurs. La réduction des courants d’appel au démarrage permet aussi d’atténuer les chutesde tension brèves (induites par l’appel de courant) qui peuvent perturber le fonctionnement d’équipementsélectriques voisins.


La fonction démarrage électroniques est parfois intégrée d’origine sur certains moteurs.Fabricants : Schneider Electric ; Leroy-Somer.Des éléments sur les performances des moteurs eux-mêmes sont donnés dans la fiche 26.


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Les démarreurs électro-niques ont une influence surla puissance appelée audémarrage par les moteursmais ne modifient pas leurconsommation. Le gra-phique ci-contre ne donnequ’une représentation sché-matique du gain, le pic depuissance maximum étantd’une durée inférieure à laseconde. La durée du pic(généralement quelquesdizaines à quelques centai-nes de millisecondes)dépend de l’inertie méca-nique du système mis enmouvement par le moteur.La hauteur du pic dépenddu couple de démarrage àvaincre (lié notamment auxfrottements).

15•VARIATEUR DEVITESSE

Un variateur électronique de vitesse permet, en modifiant la tension ou la fréquence d’alimentation,d’adapter la vitesse de rotation et le couple d’un moteur électrique à sa charge. Il permet ainsi d’adapter lesappels de puissance du moteur aux besoins réels de charge du process.Les variateurs sont notamment utilisés pour la gestion des fluides. Ils permettent par exemple de réduire lapuissance appelée par des ventilateurs de climatisation d’un bâtiment aux périodes de faible fréquentation.

Appels de puissance d’une pompe suivant les différentes méthodes de régulation du débit (source : chauffage ventilation conditionnement n°5/1995).


PRÉSENTATION1

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L’utilisation d’un variateur électronique de vitesse est intéressante lorsque la charge du moteur varie oulorsqu’elle doit être réglable (débit d’air comprimé, débit de ventilateur, pompe…). Il peut aussi être utilisédans le cas d’un moteur électrique qui fonctionne dans des conditions éloignées de son utilisation nominale(survitesse ou sous-vitesse).Il existe des variateurs électroniques de vitesse adaptés à chaque type de moteurs (asynchrone, synchrone,courant continu) et pour des puissances à partir de 0,1 kW et jusqu’à … 65 MW.Les variateurs de vitesse peuvent être installés dans les armoires d’alimentation des moteurs.Le choix du variateur de vitesse dépend des caractéristiques du moteur électrique et du type d’application(type de moteur, tension d’alimentation réseau, puissance et courant nominal de la plaque signalétique, typed’application et cycle de fonctionnement).

FAISABILITÉ3

Prix indicatif de variateurs électroniques de vitesse hors pose pour des moteurs triphasés :

COÛT4


Puissance du moteur Prix (€ HT)

0,75 kW 800 €

5,5 kW 1 350 €

30 kW 4 800 €

75 kW 9 200 €

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VARIATEUR DE VITESSE

PUISSANCE ÉVITÉE5

Les variateurs de vitesse ont des consommations en énergie propres qui s’ajoutent à celles du moteur(consommation comprise entre 2 et 10 % de la puissance électrique du moteur). Cette consommation estlargement compensée par l’optimisation du fonctionnement des moteurs. Les économies dépendentfortement du type de process. Elle peuvent aller jusqu’à 50%, dans le cas de moteurs surdimensionnésnotamment. A titre d’exemple, l’économie moyenne sur un système complet d’air comprimé est de l’ordrede 30%.


En plus de l’économie sur la consommation, les variateurs de vitesse, en réduisant la vitesse de rotation,diminuent l’usure au niveau des roulements. Ils conduisent ainsi à un allongement de la durée de vie desmoteurs.


Les variateurs de vitesse incluent en général la fonction démarreur électronique (fiche 14). Cette dernièrefonction permet de réduire les courants d’appel au démarrage des moteurs à 2 à 4 fois le courant nominalau lieu de 6 à 10 fois sans système électronique de commande et d’atténuer les chutes de tension brèves(induites par l’appel de courant) qui peuvent perturber le fonctionnement d’équipements électriques voisins.Fabricants : Schneider Electric ; Leroy-Somer.Voir d’autres éléments sur les performances des moteurs en fiche 26.


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Suivant le type de process,les variateurs de vitessepeuvent générer des éco-nomies importantes sur la consommation desmoteurs en réduisant lespuissances appelées auxbesoins du process et enamenant les moteurs àfonctionner dans desconditions de meilleur ren-dement. Les variateurs devitesse peuvent être pilotéspar les systèmes de com-mande du process.

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16•ONDULEUR ETBATTERIE

Cette solution consiste à installer, en amont du tableau de distribution du client, un onduleur qui apporte uncomplément de puissance au client pour éviter qu’un appel de puissance trop important n’engendre unecontrainte sur le réseau. L’énergie complémentaire est puisée dans une batterie qui est rechargéeautomatiquement par un chargeur dès que la pointe est passée.Cette solution apporte une certaine autonomie d’alimentation du client en cas d’absence réseau. Le clientest soit alimenté uniquement en sortie de l’onduleur ; soit alimenté par le réseau auquel l’onduleur estconnecté en parallèle, ce qui nécessite alors une synchronisation de l’onduleur sur le réseau. Les schémasde principe correspondants sont présentés au chapitre 8 : “PDE”.

Parc batterie et onduleur installés sur le site de Château Chalon, équipé en 1999 et audité en 2003.Photos SERT.

Solution ✓ domestique ✓ avant ou près disjoncteur

PRÉSENTATION1

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Compte tenu des puissances d’onduleur disponibles, de l’encombrement et du coût du parc batterie, cettesolution n’est à envisager que dans le cas d’un client isolé en extrémité de départ, ayant de faiblesconsommations. Un local technique doit pouvoir être aménagé pour l’installation des batteries.L’audit réalisé en 2003 à Château Chalon (Jura) chez un client ayant un onduleur de 4 kW synchronisésur le réseau a mis en évidence la validité de cette solution mais aussi le fait que cette configuration nepermet pas de supprimer toutes les micro coupures et chutes de tension. L’onduleur synchronisé permetthéoriquement un meilleur rendement puisque seule la puissance nécessaire au complément du réseauest puisée dans la batterie. Toutefois, compte tenu des faibles consommations en jeu, et de la relativecomplexité de mise en place d’un onduleur synchronisé, une solution pour laquelle le client est enpermanence alimenté par l’onduleur peut s’avérer plus efficace (car faisant appel à des techniques etmatériels éprouvés, couramment utilisés pour les générateurs solaires photovoltaïques en sites isolés).Elle permet de s’assurer d’une qualité de fourniture parfaite, quel que soit le niveau de tension sur leréseau.Il y a lieu de vérifier que la durée des pointes pour lesquelles un complément est nécessaire laissesuffisamment de temps pour une recharge complète de la batterie chaque jour.En fonction de l’état du réseau et des besoins du client, la possibilité de dépose de la ligne et deproduction autonome sur le site au moyen des énergies renouvelables doit aussi être analysée.

FAISABILITÉ3


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ONDULEUR ET BATTERIE

PUISSANCE ÉVITÉE5

L’audit a montré une surconsommation de l’ordre de 30% liée au rendement de charge / décharge de labatterie et surtout à son maintien en charge. Elle est toutefois largement compensée par la diminution d’unfacteur 2,5 de la consommation grâce à la MDE mise en place en préalable à l’installation du système. Ilest à noter que cette surconsommation pourrait facilement être diminuée par une meilleure gestion de lacharge des batteries (recharge complète en heure creuse par exemple).


Pour le client, cette solution est la seule qui permet, en plus de l’amélioration de la qualité de fourniture, unesécurisation de son alimentation en électricité avec une autonomie de quelques jours.Avec une configuration où tout le courant passe par la batterie, celle-ci agit en tampon et la qualité defourniture côté client ne dépend plus que de la qualité de l’onduleur, qui reproduit électroniquement unesinusoïde parfaite. Elle est indépendante des défauts sur le réseau (coupures, micro-coupures, surtensionsautres que la foudre, creux de tension ou de fréquence, parasites).Les inconvénients proviennent tous du fait de la nécessité d’installer une batterie : surconsommation liée aurendement de charge / décharge et au maintien en charge ; nécessité de disposer d’un local technique ;maintenance spécialisée nécessaire (à minima une visite annuelle).


Le rapport d’étude « évaluation de l’opération MDE de Château Chalon » est disponible auprès de EDF etADEME ; Délégations Régionales de Franche Comté.Fabricants présents sur le marché français :Petits systèmes : MERLIN GERIN, SAEI, MGE UPS, LIEBERT ...Matériels utilisés en sites isolés : ASP ; STUDER (onduleur seul) ; TRACE (Onduleur avec possibilité desynchronisation sur le réseau) ; OLDHAM ; FULMEN (Batteries stationnaires).


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La puissance évitée sur leréseau correspond à la dif-férence entre la puissancemaximale appelée par leclient et la puissance quepeut délivrer le réseausans passer en contrainte(2000 W pour le graphiqueci-dessus). Dans le cas deChâteau Chalon, le coût dukW évité est de l’ordre de2000 €. Voir au chapitre « PDE » un exemple d’en-registrement du fonction-nement de cette installa-tion auditée. Cette solutionn’engendre pas de modifi-cations sur les appels depuissance côté client.

Cette solution est onéreuse, du fait notamment du coût des batteries. Compter environ 3000 € pour un parcbatterie de 400Ah C120 en 48V et 2000 € pour l’onduleur hors pose (l’opération de Château Chalon acoûté 19 000 €, tous équipements de MDE inclus). Voir les éléments sur le dimensionnement de la batterieau chapitre 8 “PDE”.

COÛT4

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Matériels performants17 • LAVE-LINGE OU LAVE-VAISSELLE À ENTRÉE D’EAU CHAUDE

18 • LAMPE BASSE CONSOMMATION

19 • BALLAST ÉLECTRONIQUE

20 • PROJECTEUR BASSE CONSOMMATION

21 • PROJECTEUR AVEC LAMPE À DÉCHARGE

22 • AUXILIAIRES DES PISCINES

23 • CLIMATISATION PERFORMANTE

24 • PRÉ-REFROIDISSEUR DU LAIT

25 • RÉCUPÉRATEUR DE CHALEUR SUR GROUPE FROID

26 • POMPAGE ET IRRIGATION

27 • MATÉRIELS D'IRRIGATION

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17•LAVE-LINGE OU LAVE-VAISSELLE À ENTRÉE D’EAU CHAUDE

Mise en place d’un lave-linge et/ou d’un lave-vaisselle de classe énergétique performante avec entrée d’eauchaude.

Photos : Electrolux.


PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

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Cette solution est à privilégier lorsque l’utilisateur dispose d’une production d’eau chaude sanitaire avec unautre système qu’un ballon électrique (chauffe eau solaire, sur pompe à chaleur, eau chaude collective…).Dans le cas d’un ballon électrique, l’utilisation de l’eau chaude sanitaire en entrée du lave-linge ou du lave-vaisselle n’est valable que si les lavages ne sont pas faits en heures creuses (auquel cas l’économie pourle client serait nulle) et si la capacité du ballon est suffisante pour fournir cette consommation d’eau chaudesupplémentaire. Elle permet alors un décalage d’une partie de la puissance appelée liée au chauffage del’eau en heures creuses.L’appareil est installé en lieu et place de l’existant, en assurant un raccordement en eau froide et en eauchaude.ATTENTION : pour des raisons de températures de cycles (en particulier pour le lave-linge), seuls lesappareils possédant une entrée spécifique eau chaude doivent être raccordés sur ce circuit.

FAISABILITÉ3


Coût identique à un lave-linge ou un lave-vaisselle classique. Voir les paragraphes « Les appareilsdisponibles » au chapitre 4 “Électroménager”.

COÛT4

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LAVE-LINGE OU LAVE-VAISSELLE ÀENTRÉE D’EAU CHAUDE

PUISSANCE ÉVITÉE5

Economie de 200 kWh/an soit 21 €/an.Economies calculées sur 250 lavages par an pour un lave-linge (tarif du kWh en heures pleines).


Economie d’électricité. Possibilité de diminuer la puissance souscrite dans le cas où ces équipementsreprésentent une part importante des appels de puissance maximum du client. Les appareils de classeénergétique performante ne sont pas significativement plus chers à l’achat que les appareils standards.


Contrairement aux lave-vaisselle, les lave-linge à entrée eau chaude sont peu répandus sur le marchéfrançais. Attention pour les lave-vaisselle, le fonctionnement de la résistance en fin de cycle pour le séchagen’est bien sûr pas modifié par l’entrée en eau chaude. Le séchage peut toutefois être supprimé par unemodification du paramétrage accessible à l’utilisateur pour certaines marques comme MIELE.Marque lave-linge à entrée d’eau chaude :DAEWOO (distributeur SOLARSUD) ; MIELE.Marque lave-vaisselle à entrée d’eau chaude :MIELE ; ASKO ; WHIRLPOOL ; BAUKNECHT.


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Puissance évitée de 2kW dans la cas d’unlavage à températureinférieure à la tempé-rature d’entrée del’eau chaude. Pas dediminution de la puis-sance maximale appe-lée mais baisse impor-tante de sa durée dansla cas où la résistancereste nécessaire pourcompléter le chauffagede l’eau.


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18•LAMPE BASSECONSOMMATION

Remplacement de lampes à incandescence par des lampes basse consommation. L’ntervention se fait sansmodification de la quantité et de la qualité de l’éclairage. La fiche présente le cas pratique du remplacementd’une lampe de 100W par une LBC de 20W. On choisira de préférence les gammes de LBC proposant unelumière chaude (température de couleur de 2700 K équivalente à celle d’une ampoule à incandescence).Les LBC fluocompactes de substitution existent dans une gamme de puissance de 5 à 23 Watts.


PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

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Cette intervention est à privilégier pour les points lumineux dont les durées d’éclairage sont les plusimportantes.Pour tout éclairage équipé de détecteurs ou de minuteurs, cette solution ne peut être envisagée que si leslampes basse consommation sont adaptées à des démarrages fréquents (voir § 2.4 du chapitre 5“éclairage”).Les lampes basse consommation des principaux fabricants (MAZDA, CLAUDE, SYLVANIA, PHILIPS,OSRAM…) s’adaptent aujourd’hui à la plupart des luminaires d’une habitation. Pour un remplacement, il ya lieu toutefois de vérifier que l’encombrement des lampes est compatible avec les luminaires existants.

Photos : OSRAM.

FAISABILITÉ3


De 5 à 40 € pour une LBC en moyenne contre 1 à 20 € pour une lampe à incandescence.Les normes européennes garantissent la qualité du produit (niveau d’éclairement ; durée de vie).

COÛT4

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LAMPE BASSE CONSOMMATION

PUISSANCE ÉVITÉE5

Economie de 70 Kwh/an, soit 8.1 €/an. Dans le cadre d’un remplacement des lampes, le retour surinvestissement est de 1.5 ans.Consommations calculées pour un fonctionnement moyen de 3 heures par jour 300 jours par an.Prix d’achat : 12 € pour LBC contre 2 € pour lampe à incandescence.Durée de vie considérée : 10000 heures pour LBC contre 1000 pour lampe à incandescence.Puissance : 20 Watts pour LBC contre 100 Watts pour une lampe à incandescence.


Economie financière. Diminution des coûts de remplacement ; Possibilité d’effectuer une maintenancepréventive. Températures de couleur équivalentes ’Voir aussi le paragraphe «2. Les sources lumineuses» duchapitre 5 “Éclairage”.Prix d’achat plus élevé ; encombrement des ampoules légèrement plus important ; rendu des couleursparfois moins bon.


Voir des solutions pour le remplacement des projecteurs halogènes dans les fiches 20 et 21 ci-après, ainsique les paragraphes 3 “Les luminaires” du chapitre 5.Equipements existants : gammes Dulux de OSRAM (Luminux interna pour une température de couleur de2700 K). gammes Eurêka de PHILIPS (Ecotone pour les couleurs chaudes).


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Puissance évitée de80 Watt par lampe,soit 125 €/kW (sur labase d’un écart de prixde 10 € par lampe)


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19•BALLASTÉLECTRONIQUE

Remplacement de ballasts électromagnétiques par la mise en place de ballasts électroniques. La ficheprésente le cas pratique du changement de ballast sur deux luminaires équipés de deux tubes fluorescentsde 36 Watts chacun.Gamme de puissances existantes des tubes fluorescents : 5 à 80 Watts.


PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

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Deux types de ballasts électroniques existent : le choix se fait en fonction de la fréquence d’allumage. Lesballasts électroniques à régulation peuvent être couplés à un système de gestion de l’éclairage qui peutgénérer jusqu’à 60% d’économie d’énergie. Voir Fiche 11 «Minuterie pour l’éclairage» et également leparagraphe 2.3 « Appareillage d’alimentation» du chapitre 5.Il y a lieu de vérifier l’adaptation des ballasts avec les tubes et les luminaires (caractéristiques électriqueset encombrement…). Cependant, les principaux fabricants (MAZDA, CLAUDE, SYLVANIA, PHILIPS,OSRAM…) fournissent des ballasts adaptés à la plupart des luminaires.

FAISABILITÉ3


De 50 à 150 € pour deux ballasts électroniques contre 5 à 15 € pour deux ballasts électromagnétiques.

COÛT4

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Photos : OSRAM.

BALLAST ÉLECTRONIQUE

PUISSANCE ÉVITÉE5

Economie de 40 kWh/an et 8,2 €/an, soit un temps de retour sur investissement de 6 ans.Economie calculée pour un fonctionnement moyen de 8 heures par jour 250 jours par an.Prix : 60 € pour deux ballasts électroniques contre 10 € pour des électromagnétiques. 8 € par tube.Durée de vie considérée : 16000 heures pour les tubes équipés d’un ballast électronique contre 8000pour les tubes équipés d’un ballast électromagnétique.Puissance : 75 Watts pour deux tubes équipés d’un ballast électronique contre 95 Watts pour ceux équipésd’un ballast électromagnétique.L’économie liée à l’augmentation de la durée de vie des tubes est équivalente à celle réalisée sur laconsommation électrique ; sans prendre en compte les frais de remplacements des tubes autres que le coûtdu tube lui-même.


Diminution des coûts de remplacement ; possibilité d’effectuer une maintenance préventive. Allumage deslampes à froid sans clignotement. Amélioration de la qualité de l’éclairage (évite une fatigue rapide et unmanque de concentration dans le travail grâce à l’absence de papillotement).Baisse de la puissance appelée par l’éclairage, pour des tubes identiques.Prix d’achat plus important.


Un ballast électronique avec préchauffage est indispensable lors de l’utilisation de détecteur ou de minuteurpour l’éclairage.Equipements existants chez : MAZDA, PHILIPS, OSRAM…


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Puissance évitée de20 Watts pour unsurcoût de 50 €, soit2500 €/kW évité.


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20•PROJECTEUR BASSECONSOMMATION

L’éclairage réalisé uniquement avec des projecteurs halogènes peut représenter un appel de puissanceimportant lorsque les surfaces éclairées sont grandes. L’utilisation de ces appareils est très répandue : ilssont peu onéreux à l’achat et on peut se les procurer très facilement. Ils sont souvent utilisés en extérieur,même si les projecteurs d’entrée de gamme n’offrent souvent pas un indice de protection suffisant pour êtreexposés aux intempéries. Leur efficacité lumineuse est médiocre : le flux lumineux n’est que de 15 lm/W enmoyenne contre 75 lm/W pour une lampe basse consommation.Certains fabricants proposent des appareils, similaires à des projecteurs halogènes (plutôt haut de gamme),adaptés pour accueillir des lampes basse consommation.

Photos : BEGA


PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

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Un projecteur halogène de 100 à 200 W produit un flux lumineux de 1600 à 3200 lm. Il pourra facilementêtre remplacé par un projecteur similaire avec lampe basse consommation de 26 à 42 W, produisant un fluxlumineux de 1800 à 3200 lm.Pour un usage en extérieur, vérifier que l’appareil est étanche (des projecteurs avec lampe basseconsommation dotés d’un indice de protection jusqu’à IP65 existent sur le marché).Cette solution doit être envisagée notamment dans le cas d’utilisations de durées assez importantes.Toutefois, la puissance appelée étant divisée par 4, la baisse de puissance peut à elle seule justifier cetteaction dans le cadre d’une opération de MDE micro par exemple.Pour tout éclairage équipé de détecteurs ou de minuteurs, cette solution ne peut être envisagée que si deslampes basses consommation supportant des allumages fréquents peuvent être installés dans le projecteur.

FAISABILITÉ3


Le prix d’un projecteur halogène de 100 Watts avec sa boîte de montage (et la lampe) varie de 20 à 200 €, selon le fabricant, le lieu d’achat et surtout les caractéristiques proposées (esthétique ; protectionmécanique et étanchéité notamment). Un projecteur avec boite de montage et LBC de 26 Watts coûteenviron 220 €.

COÛT4

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PROJECTEUR BASSECONSOMMATION

PUISSANCE ÉVITÉE5

Sur la base d’une durée de fonctionnement moyenne de 3 heures par jour, 300 jours par an, l’économieannuelle est de 60 kWh, soit 5 €. Il y a lieu d’ajouter l’économie réalisée sur le remplacement des lampes,de l’ordre de 5 € par an (hors coût de pose/dépose), compte tenu d’une durée de vie de 10 000 heurespour les LBC contre 2000 pour les lampes halogènes. Dans le cas d’un renouvellement ou d’un achat initial,le temps de retour sur investissement est inférieur à 3 ans.Dans certains cas, la baisse de la puissance appelée permet de diminuer la puissance souscrite, ce quiengendre une économie supplémentaire sur l’abonnement.


Economie financière. Diminution des coûts de remplacement ; possibilité d’effectuer une maintenancepréventive. Températures de couleur équivalentes. Voir le paragraphe «2. Les sources lumineuses» duchapitre 5.Prix d’achat plus important. Le coût relativement élevé de cette solution est lié à la nécessité de remplacerle projecteur existant et au fait qu’il n’existe pas de projecteurs bas de gamme adaptés aux LBC.


Autres fiches : N°18 «Lampe basse consommation».N°21 «Projecteur avec lampe à décharge».

Projecteur avec lampes fluorescentes : fabricant BEGA (distributeur NRA).


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La puissance évitée estde 70 W pour le rempla-cement d’un projecteurhalogène de 100 W, cequi représente au maxi-mum 3000 € par kWévité dans le cas d’unremplacement. Le coûtdu kW évité n’est que de280 €/kW si on consi-dère uniquement le sur-coût entre un projecteuravec LBC (220 €) et unprojecteur halogène hautde gamme équivalent(200 €).

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21•PROJECTEUR AVECLAMPE À DÉCHARGE

Les projecteurs halogènes de 300 Watts à 500 Watts sont souvent utilisés en éclairage extérieur en zonesrurales (jardins privatifs ; cour ou hangar d’exploitation agricole…). Ils peuvent représenter des appels depuissance élevés lorsque les surfaces éclairées sont importantes. L’utilisation d’une source lumineuseperformante permet de diminuer fortement ces appels de puissance. Certains fabricants proposent desprojecteurs qui peuvent être équipés de lampes à décharges présentant une efficacité lumineuse allantjusqu’à 100 lm/W (contre 15 à 20 lm/W pour l’halogène en moyenne).

Photos : OSRAMProjecteur avec lampe halogène et projecteur avec lampe à décharge compacte (halogènure métallique).


PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

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Un projecteur halogène de 300 à 500 W produit un flux lumineux de 5000 à 9500 lm. Il pourra facilementêtre remplacé par un projecteur muni d’une lampe à décharge de 70 ou 150 W, produisant un flux de 5000à 15000 lm suivant le type de source (halogénure métallique ou sodium haute pression).Pour un usage en extérieur, vérifier que le projecteur est étanche (les projecteurs avec lampe à déchargeont en général un indice de protection IP65). Cette solution doit être envisagée notamment pour deséclairages de durées assez importantes. Elle n’est pas adaptée pour les éclairages sur minuterie oudétection de présence, du fait du temps nécessaire pour atteindre le flux lumineux nominal après allumage.Les lampes à décharge ne peuvent généralement pas être réallumées immédiatement après extinction : ledélai nécessaire au refroidissement avant un nouvel allumage varie entre 2 et 15 minutes (géréautomatiquement par le ballast électronique en général). Un réallumage à chaud peut toutefois êtreenvisagé pour le sodium haute pression à condition de choisir le ballast électronique spécifique permettantun réamorçage à chaud.

FAISABILITÉ3


De 200 à 350 € pour un projecteur équipé d’une lampe à décharge compacte (70 ou 150 Watts) contre20 à 200 € pour un projecteur halogène de 300 à 500 Watts (les modèles les plus courants coûtant engénéral entre 20 et 50 €).

COÛT4

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PROJECTEUR AVEC LAMPE ÀDÉCHARGE

PUISSANCE ÉVITÉE5

Sur la base d’une durée moyenne de fonctionnement de 3 heures par jour, 300 jours par an, l’économieannuelle est de 300 kWh, soit 26 €.Compte tenu du coût élevé de ces lampes (60 à 120 € pour les halogénures métalliques), l’économie liéeà la durée de vie (10 000 heures) n’est effective que si l’on intègre le coût de pose/dépose. Le coût élevéd’une lampe sodium (130 €) reste lui compensé par sa durée de vie très élevée (24 000 heures pour la150W, soit 12 fois plus qu’une lampe halogène).Le temps de retour sur investissement est relativement élevé (8 à 12 ans), du fait du coût élevé des lampesà décharge et projecteurs adaptés. Il est nettement plus faible si on intègre les coûts de main d’œuvre pourle remplacement des lampes, qui peuvent être importants suivant l’implantation des luminaires.


Diminution des coûts de remplacement et possibilité d’effectuer une maintenance préventive. Le fluxlumineux est généralement plus élevé qu’avec l’halogène, les gammes de puissance existantes nepermettant pas toujours un remplacement à niveau d’éclairage identique. Excellent rendu des couleurs pourles halogénures métalliques.Economie plus importante avec le sodium (consommation et durée de vie), mais le rendu des couleurs estmédiocre (IRC de 20/100 ; lumière jaune - orangé).Le flux lumineux nominal n’est atteint qu’au bout de 3 à 5 minutes (50% du flux est atteint en moins de 2minutes). Le courant d’appel au démarrage diminue l’intérêt lié à la baisse de puissance si la lampe estamorcée lors des périodes de contraintes sur le réseau.


Voir aussi la fiche n°20 «projecteur basse consommation»Gamme "Cormoran" de MAZDA (ou PHILIPS) : projecteurs similaires pour lampes halogène et lampes àdécharge compacte.Gamme "Twin Beam" d’OSRAM : projecteurs dédiés pour lampes à décharge compactes.Pour une meilleure durée de vie, et aucune contrainte de positionnement (toutes orientations possibles dela lampe), les lampes à halogénures métalliques avec brûleur céramique seront à privilégier.


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La puissance évitée enrégime permanent est de340 W pour le remplace-ment d’un projecteurhalogène de 500 W, cequi représente au maxi-mum 900 € par kWévité. La puissanceappelée le temps de lamontée en températurede la lampe (environ 2minutes) est de l’ordredu double de la puissan-ce nominale.

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22•AUXILIAIRESDES PISCINES

Pour une piscine privée, les postes consommateurs d’énergie sont le circuit de filtration et éventuellementle chauffage. Ce dernier est traité dans la fiche 29.La filtration de l’eau d’une piscine a pour rôle de maintenir la limpidité de l’eau. Ses qualités sanitaires sontgaranties par l’ajout de produits chimiques.Dans le circuit de filtration la pompe est l’organe consommateur. L’action de MDE consiste à vérifier si elleest correctement dimensionnée et asservie.


PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

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Le mauvais dimensionnement de la pompe ne peut se résoudre que par son remplacement.Le mauvais asservissement de la pompe peut se résoudre par l’ajout ou le réglage d’une horloge.

FAISABILITÉ3


Les prix d’une horloge évoluent de 50 à 200 €Le coût d’achat d’une horloge varie en fonction de sa capacité (journalière ou hebdomadaire) et de satechnologie (analogique ou numérique).Economiquement, le remplacement de la pompe ne se justifie jamais par la seule économie sur laconsommation. Le temps de retour sur investissement est de l’ordre de 20 à 40 ans, ce qui dépasselargement la durée de vie de la pompe.

COÛT4

Circuit de filtration d’une piscine privée

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AUXILIAIRES DES PISCINES

PUISSANCE ÉVITÉE5

Consommation évitée : 820 kWh/an. Economie annuelle : 83,5 €/an.Exemple réalisé pour un bassin de 78 m3 ,dans le sud de la France, avec un filtre à sable de 0,3 m2 desurface, et un circuit en PVC de diamètre 50 mm et de 35 m de longueur.La pompe de filtration adaptée doit avoir une puissance électrique de 562 W.La filtration dure pendant 12 heures, les quatre mois d’utilisation du bassin.


Un asservissement de la pompe de filtration, à raison de deux recyclages complets du bassin par jour, nenuit pas à la limpidité de l’eau et engendre des économies financières pour l’usager, sans pour autantaugmenter la durée de vie de la pompe.


Les fabricants de pompes les plus connus sur le marché français sont AQUALUX, ASTRAL, ESPA, HAYWARD,KSB , LOWARA STA-RITE.


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La mise en place d’unehorloge ne diminue pasle niveau de l’appel depuissance mais en limi-te la durée. Elle apporteainsi une baisse de laconsommation d’élec-tricité. Généralement, leremplacement de lapompe entraîne unediminution moyenne depuissance de l’ordre de300 W.


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23•CLIMATISATIONPERFORMANTE

Dans le marché de la climatisation, en pleine expansion, la majorité des climatiseurs individuels sont de typesplit-system (Climatiseur individuel à éléments séparés) ou window (Climatiseur individuel à fenêtre) avecrefroidissement du condenseur par l’air. Traditionnellement, ce type de système a un fonctionnement en toutou rien, ce qui peut entraîner une sur-consommation électrique importante. L’introduction de la technologiede régulation en Inverter ou convertisseur de fréquence aux split-systems est un grand progrès quiaugmente considérablement la performance de ces split-systems en permettant une modulation de lapuissance frigorifique de façon variable de 4% à 100%. Cette technologie permet ainsi la régulation de lapuissance électrique d’une manière progressive selon les besoins. Elle utilise un circuit innovateur pourconvertir l’alimentation électrique de courant alternatif en courant continu et ensuite le reconvertir encourant alternatif. Pendant la deuxième conversion la tension électrique et la fréquence électrique sontchangées, il est donc possible de changer facilement la vitesse du moteur électrique. L’application de cettenouvelle technologie de pointe au split-system permet de faire varier la vitesse du compresseur de façontotalement progressive, donc la capacité de compression et la puissance frigorifique varient en fonction dela demande d’énergie exacte.


PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

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Actuellement la plupart des fabricants de split-system ont proposé leurs nouvelles gammes de produits entechnologie Inverter. Il est quasiment toujours possible de remplacer un modèle traditionnel par le modèlede même capacité en Inverter. Par contre, le remplacement concerne non seulement l’unité extérieure, maisaussi l’unité intérieure car l’introduction de la technologie d’inverter apporte des modifications techniquessur les composants dans ces deux unités.

FAISABILITÉ3


Les prix évoluent de 60 à 120 € HT/m2.Avec les innovations techniques, le coût des split-systems classiques et de ceux bénéficiant de latechnlogie Inverter baisse progressivement. Le coût des split-systems réversibles en inverter varienotamment suivant les différents modes d’installation. Le montant hors pose d’un split system classiqueréversible de 6000W en puissance frigorifique (représentant une puissance électrique d’environ 2120W)est de l’ordre de 2170 € HT. Un split équivalent en Inverter coûte environ 3000 € HT.

COÛT4

SPLIT-SYSTEM CLASSIQUE SPLIT-SYSTEM EN INVERTER (source : COSTIC)

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CLIMATISATION PERFORMANTE

PUISSANCE ÉVITÉE5

Économie : consommation évitée - 870 kWh/an, économie annuelle - 114 €/an.Exemple réalisé pour un pavillon individuel de plain-pied de 100 m2 de surface habitable dont 69,5 m2 desurface climatisée par split-system air-air. Il est occupé par deux adultes et deux adolescents, avec unniveau d’isolation conforme à la réglementation thermique de 1982 et 14% de parois verticales vitrées. Ilest situé à Carpentras.La consommation électrique de climatisation par quatre splits classiques sans inverter pour les quatrepièces du même pavillon individuel à Carpentras sur une période de climatisation allant du 1er juin jusqu’au30 septembre peut atteindre 2 600 kWh. Grâce au remplacement des splits classiques en split-systems parinverter, cette consommation électrique est réduite à 1700 kWh.


Pour le client, les seuls inconvénients de changer le modèle traditionnel en modèle Inverter sont le coût etles travaux supplémentaires éventuels. En revanche, les avantages sont multiples : performant, silencieux,économique et confortable. Grâce à la grande flexibilité de compression, par rapport au systèmeconventionnel, les split-systems en inverter peuvent être de 15% à 30% plus rapides pour mettre entempérature le local et économiser de 30% à 44% d’énergie électrique. Dans les dernières versions de split-system en inverter, des micro-processeurs et contrôleurs capables de tenir compte des facteurs d’ambiancetelles que la température, l’humidité et l’écoulement d’air ont été intégrés au système. Ceci leur permet demaintenir la température de consigne dans une plage de valeurs de 0,1 à 0,5°C.


Des fabricants : AIRELEC, ATLANTIC, CARRIER, CIAT, DAIKIN, TOSHIBA, TRANE, etc.Des organismes : COSTIC, AFPAC, etc.


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8

La puissance électriqued’appel évitée peut êtreau maximum de 2500W et de 900 W enmoyenne si le split-sys-tem conventionnel estsubstitué par celui eninverter.

Split-system Regulation Confort Niveaux Consommation thermique de bruit électrique

Système traditionnel Marche/arrêt ± 1,5 °C 30~45dBA

Système en inverter Variable et rapide ± 0,25 °C 22~25dBA économie jusqu’à 30~44%

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24•PRÉ-REFROIDISSEURDU LAIT

Le pré-refroidisseur est un échangeur de chaleur eau froide/lait, installé entre la pompe à lait et le tank, l’eau froide pouvant provenir du réseau, d'un forage ou d'un puits. Il peut être de type tubulaire ouà plaques, les surfaces en contact avec le lait étant évidemment en acier inoxydable « alimentaire ». Les performances de certains pré-refroidisseurs tubulaires sont optimisées, par l'installationd'une régulation thermostatique maintenant la température d'eau en sortie à une valeur préétablie. Cetteeau tiédie est récupérée et utilisée pour l’abreuvement des vaches.Le pré-refroidisseur permet d'envoyer dans le tank un lait pré-refroidi entre 10 et 22°C suivant la température d’eau froide, (au lieu de 36°C) et ainsi d'économiser, en moyenne, 50% de la consommationélectrique du tank à lait.


PRÉSENTATION

PRÉ-REFROIDISSEUR TUBULAIRES PRÉ-REFROIDISSEUR À PLAQUES

Arrivée d'eau froide

Pré-refroidisseur

Bac d'abreuvement

Tank à lait

Chambrede

reception

Pompe à lait

Filtre

1

2

Cette solution peut être envisagée techniquement sur presque tous les élevages laitiers, son intégrationétant assez simple. Il est important de faire attention à la source d'eau froide. Les performances sontd'autant plus élevées que l'eau est plus froide. Le cas de l'eau du réseau ou celui d'une alimentation pardes tuyauteries longues situées en extérieur peuvent présenter un inconvénient.Cas particuliers :• Pour les élevages possédant un nombre de postes de traite important, il est conseillé d'installer 2 pré-

refroidisseurs pour conserver les mêmes performances ; ceci est à étudier avec l’installateur. Un seul pré-refroidisseur peut être malgré tout intéressant ; en effet le pourcentage d'économie d'énergie estmoindre mais le nombre de kWh économisés est conséquent,

• Pour les petits élevages, il faut rechercher d'autres avantages à coupler avec les économies financièresdues aux économies d'énergie, car le temps de retour est long .

Source : FREGILAIT Source : Fr2e

FAISABILITÉ3

Dans tous les cas, l'installation doit être réalisée par un technicien spécialisé.Les pré-refroidisseurs tubulaires se présentent sous forme d'un "kit". Il n'y a qu'une taille. Le coût,installation comprise, est entre 2700 et 3500 €HT.Le coût du matériel avec échangeur à plaques dépend de la taille de l'échangeur, par exemple pour 32plaques, le prix moyen installé est de 2900 €HT.

COÛT4


73

PRÉ-REFROIDISSEUR DU LAIT

Il n'y a pas de puissance évitée sur le tank seul mais sa durée de fonctionnement étant fortement réduite,ceci entraîne une diminution de la durée de la pointe synchrone sur l'élevage, donc le plus souvent surl'antenne.

PUISSANCE ÉVITÉE5

Les gains dépendent fortement de la puissance du tank à lait, donc, de la taille de l'élevage ; les autresfacteurs sont la marque, le nombre d’appareils installés et la température d’eau froide.


Le pré-refroidisseur présente d'autres avantages importants pour l'éleveur :- l’abreuvement avec de l’eau tiédie diminue les risques sanitaires et parfois entraîne une augmentation de

la production,- l’augmentation de la sécurité de conservation du lait en cas de panne du groupe froid. Le lait étant pré-

refroidi le contenu du tank a plus de chance d'être "sauvé” et il est moins urgent pour la laiterie d'envoyerun technicien du service froid,

- le lait subissant moins de chocs, il a été remarqué une diminution de la lipolyse (décomposition destriglycérides du lait, entre autres, en acides gras libres dont la présence provoque des défauts de goût oud’odeur),

- l'éleveur peut, dans certains cas, diminuer ses problèmes d'alimentation électrique.Cette installation peut être l'occasion d'optimiser globalement la disposition des points de boissons desvaches.L'installation d'un pré-refroidisseur tubulaire ne présente pas d'inconvénient pour l'éleveur. Celle d’un pré-refroidisseur à plaques demande un bon dimensionnement préalable car ce matériel entraîne des pertes decharges importantes. De plus, l'épaisseur du passage de lait étant faible, le nettoyage peut être plus délicat.


Le plus souvent le tank à lait est la propriété de la laiterie mais l'éleveur paie évidemment sesconsommations électriques. Les pré-refroidisseurs sont très souvent la propriété de l'éleveur puisque c'estlui qui réalise les économies financières. Il est conseillé malgré tout d'avoir l'aval de la laiterie et même sonaccord. Dans certains cas, ce sont ses services techniques qui installent le matériel.Fournisseurs :Pré-refroidisseur à plaques : www.christensen-france.frPré-refroidisseur tubulaire : PACKO France S.A. : ZI 76440 Forges les Eaux

FRIGELAIT : Guérin 35370 Argentré du Plessis


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La modification de la cour-be de charge est la mêmepour les 2 types de pré-refroidisseurs lorsque lesperformances sont iden-tiques. Les graphiques ci-contre correspondent àune économie de 50%, ladurée de fonctionnementdu groupe froid étant divi-sée par 2.

Production de lait/an Gains annuels Gains anuels Temps de retour brut en litres kWh/an €/an* années

400 000 et + 4500 à 9000 315 à 720 5 à 9**251 000 à 400 000 3000 à 4500 210 à 360 6 à 10200 000 à 250 000 2000 à 3000 140 à 240 12 et +

* sur la base du kWh heures pleines

** il peut y avoir 2 pré-refroidisseurs

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25•RÉCUPÉRATEUR DECHALEUR SUR GROUPEFROID

Lors du fonctionnement du tank à lait, le fluide frigorigène sort du compresseur, sous forme de vapeur, àune température pouvant atteindre 80°C. Celle-ci est ensuite refroidie dans le condenseur, le plus souventpar circulation d'air. Un refroidissement à eau permet de récupérer la chaleur de surchauffe et tout ou partiede la chaleur de condensation. On peut ainsi produire de l’eau chaude atteignant 50 ou 55°C.Le principe du récupérateur consiste à placer un échangeur de chaleur sur le circuit frigorifique entre lecompresseur et le condenseur ventilé. Deux types de système existent :• L’un est formé d’un ballon isolé équipé en interne d’un échangeur en forme de serpentin adapté aupassage du fluide frigorigène (capacités existantes pour les ballons : 200 à 700l),• L’autre utilise un échangeur à plaques eau/fluide frigorigène comme cela est schématisé ci-dessous. L’eauchaude est ensuite envoyée dans un ballon de stockage. Lorsqu’elle est utilisée pour le lavage du tank etde la machine à traire, il est nécessaire de disposer d’un ballon d’appoint pour atteindre la consigne requise(souvent 60 ou 65°C). Dans le cas d’une exploitation existante le ballon électrique en place sert à assurerl’appoint.La récupération de chaleur sur la climatisation est également possible. Elle n’est pas traitée ici.


PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

THERMOSTAT

COMPRESSEUR

ECHANGEUR À PLAQUES

CONDENSEUR VENTILÉ

CIRCULATEUR

VANNES D'ISOLEMENT

VANNES D'ISOLEMENT EAU CHAUDE

EAU FROIDE

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Cette solution peut être adaptée sur tout élevage ayant un volume de tank supérieur à 1000 litres, cecipour disposer d’une quantité d’énergie récupérable suffisante. Pour certains modèles, il est nécessaire quele circuit frigorifique soit équipé d’au moins un détendeur de type thermostatique (à bulbe). Si ça n’est pasle cas, il est possible de remplacer un détendeur à tubes capillaires simple par un détendeurthermostatique. Il faut choisir le mode de régulation du récupérateur permettant d’obtenir les meilleuresperformances. Ils sont différents selon les fabricants. De plus, il est prudent d’installer un filtre à eau et unappareil anti-tartre en amont.Cette technique est particulièrement intéressante lorsque les contraintes sur l’antenne sont importantes enheures creuses. Dans le cas d’abonnements tempo ou EJP, elle évite que la mise en route du chauffe-eauvienne augmenter la pointe synchrone de l’élevage créée par la pompe à vide et le groupe froid.Ce système doit être installé par un technicien frigoriste, donc avec l’accord de la laiterie.

FAISABILITÉ3


75

Schéma de principe d’un récupérateur de chaleur sur condenseur avec échangeur à plaques.

RÉCUPÉRATEUR DE CHALEUR SURDU GROUPE FROID

Il n’y a pas de diminution de la puissance appelée sur l’élevage lorsque le chauffe-eau existant est conservéen appoint ; par contre, la forte diminution de son temps de fonctionnement peut entraîner une baissesignificative de la pointe synchrone sur l’antenne.Les installations existantes montrent une économie d’énergie d’environ 80%.

PUISSANCE ÉVITÉE5

Les estimations suivantes sont faites dans l’hypothèse d’une économie de 80%. Certains éleveurs atteignentdes valeurs supérieures mais attention « chercher à atteindre 100% d’économie lorsque la consigne detempérature de l’eau chaude est supérieure à 55°C peut entraîner une baisse de performance du cyclefrigorifique ».


La récupération de chaleur sur le groupe froid présente un autre avantage pour l’éleveur : la chaleur évacuéepar eau ne participe pas au réchauffement de l’air dans le local. Différentes campagnes de mesures ontmontré qu’une augmentation de la température d’air au voisinage du condenseur entraîne une forteaugmentation de la consommation électrique du groupe.


Le couplage de cette solution avec un pré-refroidisseur est possible lorsque la puissance du tank est assezélevée pour que l’énergie récupérable restante soit suffisante.Fournisseurs : Modèle à serpentin : WESTFALIA –JAPY-France www.japy.com

Modèle à plaques : DELAVAL SNC - Z.I. de Rédéné – 29300 QuimperléPACKO France S.A. : www.packo.frSERAP : www.serap53.com


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L’état initial de cette cour-be de charge correspondau fonctionnement d’unballon à accumulation de300 litres, d’une puissancede 3300W, ayant un tempsde fonctionnement de 7heures.

Production de lait/an Gains annuels Gains anuels Temps de retour brut en litres kWh/an €/an* années

200 000 à 250 000 2000 à 3000 101 à 152 11 et +251 000 à 400 000 3000 à 4500 152 à 228 7 à 11

400 000 et + 4500 à 9000 228 à 456 4 à 7

* sur la base du kWh heures creuses

76

Le dimensionnement et le choix du modèle doit être effectué en fonction de la taille du tank, du volumed'eau à réchauffer et de la consigne de température souhaitée. Les coûts des matériels sont compris entre900 et 1300 € HT hors installation.

COÛT4

Il faut noter que la consommation électrique de la production d’eau chaude dans les élevages est supérieureà celle de cet usage dans l’habitat pour les raisons suivantes : la consigne de température est plus élevée,le ballon est situé dans un espace non chauffé, souvent bien ventilé et il vieillit plus rapidement à cause decet emplacement.

26•POMPAGE ET IRRIGATION

Les performances de l’ensemble moteur + pompe ont été améliorées de manière significative depuis unedizaine d’années. En zone rurale, ces deux matériels sont utilisés essentiellement sur les installations depompage pour l’irrigation ; les moteurs seuls concernent évidemment un plus grand nombre d’usages.Une nouvelle génération de moteurs asynchrones à haut rendement est proposée par plusieurs fabricantsfrançais et européens. Trois classes de rendements : « Eff3, 2 et 1 » sont délimitées par deux seuils quidépendent de la puissance du moteur et de son nombre de pôles. L’indice 1 correspond aux rendementsles plus élevés qui sont obtenus par différentes techniques : l’allongement du circuit magnétique, l’utilisationde tôles magnétiques ayant de faibles pertes...Les gains de rendement sont visualisés sur le graphe suivant. Par exemple, pour une puissance utile de 15kW, le gain maximum de rendement entre les classes Eff2 et Eff1 est de 3%. (on passe de 89% à >92%pour 4 pôles). Les classes sont indiquées sur une plaque fixée à la base du moteur. Ce classement rappellecelui de l’étiquette « énergie » des appareils électroménagers dont l’effet principal est de faire disparaîtredu marché les moins bien classés, ce qui est le cas des moteurs de la classe Eff3 (pour les moteurs neufs).Pour des puissances d’environ 15 kW, les rendements des matériels existants sont le plus souvent comprisentre 85 et 90%. Dans le secteur agricole, ils peuvent être moindres car la maintenance est généralementmoins régulière et les conditions d’utilisation difficiles.


PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

1

2

De manière générale, l’installation de cette gamme Eff1 en neuf ou en remplacement d’un ancienmatériel, est simple. En effet, les moteurs ont des cotes d’implantation identiques à celles de la gammede référence, ce qui permet une interchangeabilité facile. Il est judicieux de vérifier si la plage defonctionnement de la pompe est proche du point de rendement optimum (en se référant à ladocumentation du constructeur). Il est possible d’optimiser le point de fonctionnement d’une pompeexistante par rognage (à voir avec le fabricant).

FAISABILITÉ3


77

Source Leroy-Somer

Moteur Eff1 Gains sur les rendements

POMPAGE ET IRRIGATION

Le gain de rendement global pompe + moteur ci-dessous correspond à une installation possédantinitialement un moteur d’une puissance électrique absorbée de 15 kW.Les pompes ont également vu leurs rendements augmenter ; d’après les fabricants, le gain représente 5 à10 points depuis une vingtaine d’années. Supposons les gains de rendements suivants :

PUISSANCE ÉVITÉE5

Les gains énergétiques et financiers dépendent de la puissance du moteur, de son temps defonctionnement, et du gain de rendement. Pour l’usage « irrigation », les périodes de fonctionnement sontcourtes : 2 à 3 mois avec une durée quotidienne de 12h correspond, en moyenne, à 900 h/an. Avec 2/3 enheures creuses et 1/3 en heures pleines, le coût moyen du kWh est de 6,21 c€ (hors abonnement, horsTVA, taxes locales comprises). Dans ce cas, le gain de puissance de 3kW entraîne une économie annuellede 168 €. Cette économie est proche du surcoût du moteur Eff1 par rapport à un modèle Eff2 (dans cettegamme de puissance).Pour d’autres usages tels que la fabrication des aliments pour les animaux d’élevage, les temps defonctionnement annuels sont plus élevés.


Il y d'autres avantages pour l’usager :- une augmentation significative de la durée de vie des matériels,- une légère augmentation du facteur de puissance,- une légère diminution du rapport entre courant d’appel au démarrage et courant nominal,- une remise à neuf de l’installation dans le cas du remplacement de matériel existant (à cause de sa

vétusté ou de l’évolution des besoins).


Cette solution peut être avantageusement couplée avec la mise en place d’un variateur électronique devitesse ou un démarreur électronique. Il est important d’étudier également les solutions d’amélioration del’ensemble du système d’irrigation (voir fiche 4.11) voire aussi les possibilités éventuelles de changementsde pratiques culturales permettant une diminution des besoins d’irrigation.Quelques fournisseurs (liste non exhaustive) : www.leroy-somer.fr ; www.abb.com/motors&drives

www.baldor.co.uk ; www.electroadda.it ; www.siemens.com


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La puissance absorbéeactive passe de 15 à 12 kW.

78

Le surcoût du matériel dépend de la puissance. Pour une puissance de 15 kW utile, il est environ de 20%pour passer d’un moteur Eff2 à Eff1.

COÛT4

Rendt pompe Rendt moteur Rendt global% % %

Ancien matériel 65 85 55,25Nouveau matériel 75 92 69

27•MATÉRIELSD'IRRIGATION

Les différents systèmes d’irrigation utilisés actuellement en France sont répartis de la manière suivante :l’enrouleur couvre 70% des surfaces irriguées, le pivot 15 à 20%, la couverture intégrale 5 à 10% et l’irrigationlocalisée (micro-irrigation) 3 à 5%.

Un enrouleur se compose essentiellement :

• d’un asperseur, canon d’arrosage le plus souvent monté sur un support à roues,

• d’un flexible d’alimentation de l’asperseur, en polyéthylène (PE) de diamètre et de longueur variables,

• d’une bobine d’enroulement du flexible, fixe ou montée sur tourelle,

• d’un moteur hydraulique (piston ou turbine) assurant la rotation de la bobine d’enroulement,

• un régulateur ou programmateur qui est maintenant intégré dans les gammes standard de matériel neuf.

Différentes techniques permettent d’améliorer le rendement de la distribution d’eau pour une même qualité dedistribution. Nous les citons en allant du plus simple au plus compliqué.

1/ Vérification des réglages et mise en place d’une programmation de l’avancement de l’enrouleur. Il existe surle marché plusieurs types de matériels permettant d’effectuer un bon pilotage de l’avancement de l’enrouleur detype IRRICONTROL de chez IRRIFRANCE (fonctions de base) ou IRRIDOSEUR (suivi très fin et possibilitésd’adaptation à des conditions particulières),

2/ Remplacement des conduites d’amenée ou des enrouleurs par des conduites et/ou tuyaux de diamètres plusélevés permettant une forte diminution des pertes de charges.


PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

1

2

La campagne menée en Midi-Pyrénées par la chambre d’agriculture et l’Agence de l’eau a montré que seul 1enrouleur sur 3 était bien réglé. Les principaux problèmes constatés portent sur : la précision de la dose, laprogrammation de l’avancement, le réglage du canon et l’intervalle des passages. Donc un diagnostic del’existant et des préconisations simples et peu onéreuses permettraient une nette amélioration desperformances.

Dans le cas d’une augmentation des besoins de puissance, ou de la vétusté du matériel existant, la solution 2peut être proposée. Lorsqu’il y a des problèmes de chutes de tension, la participation financière de lacollectivité peut inciter l’agriculteur à faire ce choix.

FAISABILITÉ3


79

Enrouleur Source IRRIFRANCE Programmateur

MATÉRIELS D'IRRIGATION

PUISSANCE ÉVITÉE5

Avec les mêmes hypothèses de durée d’irrigation que dans la fiche précédente (3 mois, soit 1 080 h/an),l’économie d’énergie est de 7600 kWh/an et l’économie financière de 470 €HTVA/an. Le calcul d’un temps deretour n’a pas de sens ici puisque l’ensemble de l’installation est revu et que cette démarche ne se feraqu’exceptionnellement en dehors d’une campagne de MDE prise en charge par la collectivité.

De manière générale, des installations plus performantes seront plus coûteuses à l’achat et plus économes àl’usage. Un raisonnement en coût global permettrait, à l’image du chauffage, d’orienter l’utilisateur vers un choixnettement plus performant d’un point de vue énergétique.


Il y d'autres avantages pour l’usager :

• les économies financières sont intéressantes,

• les remplacements effectués, même si tous les matériels ne sont pas neufs, améliorent fortement la qualité del’installation.


Cette solution peut être avantageusement couplée avec la mise en place de moteurs de classe Eff1, desdémarreurs électroniques etc..

En zone rurale, on peut également développer l’utilisation de la biomasse en alimentant des moteurs thermiquespar biocarburant ou méthane.

Pour plus de détails, on peut se reporter à :

• optimisation énergétique de l’irrigation agricole : ADEME (Dt MDE) – SOLAGRO 2001,

• impact des projets d’irrigation en termes de consommation énergétique et d’émissions de gaz à effet de serre(développe un exemple de projet à l’étranger mais comprend des informations générales applicables en France:Xavier GOOSSENS – Université de Bordeaux 1 et FFEM – Fond Français pour l’Environnement Mondial).

Quelques fournisseurs (liste non exhaustive) :

www.irrifrance.fr ; www.bouchard.tm.fr


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Pour cet exemple, lapuissance évitée estestimée à 7 kVA.

Coût du kW évité :1800€ HT

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Le coût ci-dessous correspond à un exemple d’opération expérimentale.

La proposition de travaux suivants concerne un GAEC comprenant plusieurs élevages. Les exploitants souhaitentremplacer une pompe entraînée actuellement par la prise de force d’un tracteur, par un groupe de pompageélectrique de 20 kVA (déjà acheté d’occasion par le GAEC). Cette augmentation de puissance appelée n’est paspossible, sans renforcement ou sans travaux de MDE.

Les travaux proposés comprennent : le remplacement de 500m de canalisation d’amenée d’eau initialement en3 pouces par un matériel en 4 pouces (1 pouce =25mm), l’achat d’un nouvel enrouleur d’occasion de 320m en70/82, le remplacement du groupe de pompage.

Coût prévisionnel : 12800 € HT.

COÛT4

Multi-énergies28 • CHAUFFE-EAU SOLAIRE INDIVIDUEL

29 • COUVERTURE ET CHAUFFAGE SOLAIRE DES PISCINES

30 • CHAUFFAGE D'APPOINT AU BOIS

31 • POMPE À CHALEUR

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28•CHAUFFE-EAU SOLAIREINDIVIDUEL

Le Chauffe-Eau Solaire Individuel (CESI) a pour fonction de produire de l’eau chaude sanitaire à usagedomestique. Celui-ci est constitué de trois éléments principaux : les capteurs thermiques solaires vitrés, quireçoivent et absorbent le rayonnement solaire et échauffent le liquide (eau + antigel alimentaire) qui lesparcourt ; le ballon de stockage ; les composants associés (échangeur, circulateur, régulation, tuyauterie).En France métropolitaine, du fait de la variation de l’ensoleillement et de la température d’eau froide enentrée au fil des saisons, le solaire doit être couplé à une énergie d’appoint.Des trois configurations possibles : appoint intégré dans le ballon solaire ; appoint séparé par ballon avecéchangeur ou ballon électrique et appoint séparé par chaudière gaz instantanée, la première est la plusfréquente dans les habitations individuelles (Cf. illustration ci-dessous).L’échangeur solaire réchauffe l’eau dans la partie inférieure du ballon ; ce ballon contient une résistanceélectrique et/ou un échangeur hydraulique d’appoint, placé à la moitié ou au tiers supérieur du ballon suivantles modèles.


PRÉSENTATION

SCHÉMA DE PRINCIPE

1

2

Préalablement à la mise en place d’un CESI, une déclaration de travaux est à effectuer auprès desservices municipaux. Pour un projet de maison : la demande de permis de construire doit inclure lechauffe-eau solaire prévu.De plus, bien choisir l'emplacement du ballon de stockage solaire est primordial. Dans le cas d’un CESIà éléments séparés, il est important de placer le ballon dans un local chauffé ou du moins isolé afinqu’il ne se refroidisse pas trop vite, et de minimiser les distances entre les capteurs et le ballon afin delimiter les pertes thermiques et le coût du circuit primaire. Dans le cas d’un CESI monobloc, le ballonde stockage est situé à l'extérieur, au-dessus des capteurs. Par conséquent, il sera réservé aux régionsau climat hivernal doux (littoral méditerranéen) ou aux DOM.D’autres règles sont aussi à respecter pour obtenir une efficacité optimale et également réussirl'intégration architecturale des capteurs solaires, à savoir :• la meilleure orientation : plein sud, pour capter un maximum d'ensoleillement. Les orientations sud-est etsud-ouest restent tout à fait acceptables,• les inclinaisons convenables : pour un usage tout au long de l’année, les capteurs solaires sont en généralinclinés à 45° par rapport à l'horizontale (France Métropolitaine). Cependant une inclinaison variant de plusou moins 20° par rapport à la position optimale de 45° influence très peu leurs performances ; les critèresesthétiques sont alors prépondérants,• les localisations possibles : sur un toit, en auvent, en façade, en terrasse, ou même au sol près de la maison,• l'intégration au bâti : les capteurs solaires sont des plaques de couleur sombre recouvertes d'un vitrage.S'ils sont placés sur un toit, il est préférable qu'ils en suivent la pente. Certains capteurs sont conçus pours'intégrer discrètement dans les toitures, comme une fenêtre de toit. L’installateur préconise les aména-gements les mieux adaptés au caractère de la maison et à son cadre.ATTENTION : la température d’eau sanitaire stockée doit respecter un minimum de 55°C pour éviter tout risque sanitaire (légionellose).

FAISABILITÉ3

Multi-énergies

83

CHAUFFE-EAU SOLAIRE INDIVIDUEL

En France métropolitaine, les puissances utiles d’appoint des chauffe-eau électro-solaires sont équivalentesà celles utilisées par les ballons à accumulation tout électrique. Mais l'appoint étant sollicité moins souventque dans un ballon classique, le foisonnement des appels fait chuter la puissance appelée sur plusieursinstallations. En outre, les apports solaires étant dans la journée, la durée de la relance de 22 h estraccourcie. Enfin, les apports du matin peuvent réduire les appels aux heures creuses méridiennes, quandil y en a.Par contre pour les départements d’outre-mer (Guadeloupe, Martinique, Guyane, Réunion), la grandemajorité des CESI ne dispose pas d’appoint. Dans ce cas, la puissance évitée avoisine 1kW / 100 litres devolume de stockage d’ECS.

PUISSANCE ÉVITÉE5

Bien entendu, plus les besoins en eau chaude sont importants, plus la surface de capteurs doit être grande.Le tableau ci-dessous prend pour base de calcul une consommation journalière par personne de 50 à 60litres d'eau chaude à 50 °C et une couverture des besoins par le solaire comprise entre 50 et 70 %.


• utilisation d’une énergie gratuite, propre et renouvelable,• système simple, performant, fiable et durable,• arrêt de l’appoint en été,• système subventionné par l’ADEME, les régions et les départements suivants les cas,• coût d’investissement élevé,• nécessité d’un appoint en France métropolitaine.


Les informations sur les aides au financement applicables localement pour la mise en place d’un CESIpeuvent être obtenues auprès de la Délégation régionale de l’ADEME et des Espaces Info Energie.


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Nombre d'occupants 1 ou 2 3 ou 4 5 ou 6 7 ou 8

Energie économisée [kWh/an] 1 000 à 1 440 à 2 400 à 3 400 à1 440 2 400 3 400 4 800

Gain [€] 102 à 147 147 à 245 245 à 345 345 à 490

Selon les modèles, le prix d'un chauffe-eau solaire, équipé de 4 m2 de capteurs et d'un ballon de 200à 300 litres (trois à quatre personnes) est actuellement compris entre 3 000 € et 5 000 €, pose inclue.Le cumul des aides publiques directes généralement disponibles (ADEME, collectivités territoriales) peutatteindre, voire dépasser, 1 400 euros par opération, ce qui représente 30 à 40 % du coût total du CESI.

COÛT4

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29•COUVERTURE ETCHAUFFAGE SOLAIREDES PISCINES

Le chauffage des piscines de plein air peut avantageusement être assuré par l'énergie solaire. Le principeest simple, il consiste à faire circuler l'eau du bassin dans des capteurs solaires simplifiés de type "absorbeur ", également appelés " moquette solaire ".Sur le plan hydraulique, un circuit en PVC sous pression monté en dérivation en aval de la section defiltration, irrigue en eau le champ de capteurs solaires. De façon à permettre un équilibrage hydraulique descapteurs, le réseau est équipé de robinets de réglage en sortie capteur ou auto-équilibré par une boucle deTickelmann.La pompe de circulation est commandée par un régulateur différentiel, qui mesure la température en sortiedes capteurs et la compare à la température de l'eau à la sortie de la filtration. La pompe est mise enfonctionnement à partir d'un différentiel de température de quelques degrés (3 à 5 °C) ; si l'écart detempérature est inférieur ou égal à 1 °C, la pompe est arrêtée.L'énergie fournie par le solaire doit toujours être prioritaire. L'appoint assuré par une énergiecomplémentaire, quand il est nécessaire, ajuste la température de l'eau avant sa réintroduction dans lebassin.Les traitements d'eau, tels que les dispositifs de correction du pH et de chloration, sont réalisés en aval ducircuit dérivé des capteurs solaires et de l'appoint.


PRÉSENTATION

SCHÉMA DE PRINCIPE

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Il est toujours pertinent d'évaluer la faisabilité de la solarisation d'un bassin de plein air. Dans le cadre d’unprojet, la solarisation doit être envisagée dès les premières esquisses de façon à intégrer au mieux la surfa-ce de captation et de limiter la distance entre le local technique et le champ de capteurs solaires.Le concepteur prendra en compte les contraintes techniques et environnementales, telles que la surfacenécessaire pour les capteurs, la distance entre les capteurs et le local technique, les ombres portéespendant la saison d’utilisation du bassin…Une bonne solution consiste à prévoir l'implantation des capteurs solaires en toiture-terrasse d’un bâtimentannexe. Cette disposition permet de réduire d'éventuels masques en prenant de la hauteur et de limiter lesliaisons hydrauliques entre les capteurs et le local technique.La solarisation d'une piscine existante ne nécessite généralement pas de modifications importantes del'installation hydraulique en place. En revanche, il n'est pas toujours possible d'installer les capteurs enterrasse d’un local ; il est alors nécessaire de trouver une surface disponible suffisante au sol et de vérifierl'incidence des obstacles environnants (ombres portées) :• Nord de la France : Surface capteurs = Surface du bassin,• Sud de la France : Surface capteurs = 0,5 fois la surface du bassin.L’isolation nocturne par bâche isolante amovible est fortement conseillée dans tous les cas.

FAISABILITÉ3

Multi-énergies

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COUVERTURE ET CHAUFFAGESOLAIRE DES PISCINES

Estimation de la puissance électrique minimum utile par m2 de bassin afin d’assurer le maintien de latempérature d’eau à 26°C. Il s’agit de ratios valables pour des piscines équipées d’une couvertureisotherme et chauffées électriquement du 15 mai au 15 septembre.

Par conséquent dans le cas d’une piscine solarisée, la puissance évitée est le produit du taux de couverturesolaire, de la surface de la piscine et de la puissance électrique minimum par m2 de bassin. Dans l’exempleprécisé au point 6 la puissance évitée est de 4 kW.

PUISSANCE ÉVITÉE5

Exemple réalisé pour une piscine solarisée de 40 m2 située dans le sud de la France, maintenue entempérature à 26°C du 15/05 au 15/09, équipée d’une couverture isotherme et couplée à une surface decapteurs solaires moquette équivalente à 0,5 fois la surface du bassin (assurant la totalité des besoins dechauffage, soit « Taux de couverture solaire = 100 % »). Dans ce cas, la consommation évitée est de 5 200kWh/an et l’économie annuelle de 520 €/an.A titre indicatif, les besoins énergétiques moyens nécessaires pour maintenir l'eau d'un bassin de plein airdisposant d’une couverture isotherme à une température de 26°C, moyennement exposé au vent et pourune période d'utilisation du 15 mai au 15 septembre, sont les suivants :

Le taux de couverture des besoins d'une piscine de plein air solarisée, varie entre 50 % et 100 % desbesoins initiaux. L'optimum est atteint sur les bassins équipés d'une couverture isotherme en complémentde l'installation solaire dont on accepte une dérive de la température de quelques degrés au-dessus du pointde consigne en plein été.


• utilisation d’une énergie gratuite, propre et renouvelable,• maintien du bassin en température en début de saison,• prolongement de la saison de baignade,• remise en température du bassin après une séquence de mauvais temps ou de vent,• vidange du circuit solaire afin d’éviter le risque de dégradation par le gel des capteurs moquette,• utilisation d’une couverture isotherme nécessaire (comme pour tout autre moyen de chauffage).


Fabricants de capteurs moquette pour piscine (département) :APPROSUD (11), GIORDANO (13), ROOS (57), SUNMASTER (06), ZENIT (59)…


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Puissance électrique minimum utile

Nord de la France 200 W / m2 de bassin

Sud de la France 100 W / m2 de bassin

Consommation électrique estimée Gain(Tarif Heures Pleines : 0,115 €/kWh)

Nord de la France 350 kWh / m2 de bassin de 20 à 40 € / m2 de bassin

Sud de la France 130 kWh / m2 de bassin de 8 à 15 € / m2 de bassin

Le coût d'une installation solaire évolue de 100 à 150 € HT/ m2 et comprend les matériels et sa mise enœuvre. Le capteur est de type " moquette solaire ".

COÛT4

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30•CHAUFFAGED'APPOINT AU BOIS

Le chauffage au bois par appareils divisés (poêles, foyers fermés ou inserts) permet d’assurer une part desbesoins en chauffage d’une habitation. Le chauffage électrique et le chauffage au bois par appareil divisésont complémentaires : la mise en marche de l’appareil de chauffage au bois réduit automatiquement lesbesoins en électricité.La part des besoins assurée par le chauffage au bois varie, en fonction de la puissance de l’appareilsélectionné, entre 30 et 70 % des déperditions calculées pour le bâtiment.Les appareils sont dits à fonctionnement continu ou à fonctionnement intermittent. À allure réduite, la duréede combustion avec un seul chargement en combustible dans un appareil à fonctionnement continu estsupérieure ou égale à 10 heures. Elle est inférieure pour un appareil à fonctionnement intermittent.


PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

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Cette solution est applicable sur tout bâtiment équipé d’un conduit de fumée. Avant toute installation d’unappareil de chauffage au bois, le contrôle du conduit de fumées est impératif. Un diagnostic doit êtreeffectué par un professionnel et porte sur : la mesure des dimensions du conduit (hauteur et diamètre), lecontrôle de sa stabilité et des écarts au feu entre le conduit et les matériaux combustibles du local (bois decharpente…), un essai d’étanchéité. Dans le cas où le conduit n’est pas adapté, sa réhabilitation par unchemisage ou un tubage peut être envisagée.

Dans le cas de l’existence d’un foyer ouvert, la pose d’un insert peut être tout à fait adaptée afin d’amé-liorer les performances de la cheminée. Ceci nécessite également la réalisation du diagnostic décrit ci-dessus.

Photos : Cheminées Charelles Photos : GODIN

FAISABILITÉ3

Multi-énergies

Tous les appareils de chauffage au bois nécessitent pour leur fonctionnement une entrée d’air neufsupplémentaire pour l’apport d’air de combustion. Dans les foyers fermés, cet apport d’air neuf peut êtredirectement réalisé dans le foyer. Sinon une ouverture supplémentaire devra être prévue à proximité dufoyer (se reporter aux préconisations du constructeur). En effet, si cette arrivée d'air neuf n'est pas prévue,l'air de combustion (volume très important) sera aspiré dans le volume chauffé par l'électricité.

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CHAUFFAGE D'APPOINT AU BOIS

PUISSANCE ÉVITÉE5

L’utilisateur peut réaliser de substantielles économies sur sa facture d’électricité. Cette économie serad’autant plus forte s’il dispose de bois à un tarif avantageux. Avec un prix du bois de 45 €/stère, soit 3,3 c€/kWh avec un rendement de 70%, le temps de retour brut de l’investissement est de l’ordre de 3 à5 ans. Le prix du stère varie fortement en fonction des régions (plus ou moins boisées) et du moded’approvisionnement.Cependant, l’utilisation du bois énergie avec ce type d’équipement domestique nécessite une manutentionassez importante. Le fonctionnement n’est pas automatique. Le bois doit pouvoir être stocké à proximité dulieu d’utilisation.En ce qui concerne l’entretien, l’utilisation d’un appareil de chauffage au bois nécessite un décendrage auminimum hebdomadaire, ainsi que deux ramonages par an (ramonage mécanique par un professionnel).


Afin de promouvoir ce mode de chauffage, l'ADEME a créé en 2000 avec les constructeurs d'appareils dechauffage au bois, un label de qualité concernant les inserts, poêles et foyers fermés : le label Flamme Verte.Le label Flamme Verte qualifie les appareils de chauffage domestique au bois les plus performants. Il estfondé sur une charte d'engagement des constructeurs et se traduit par une étiquette apposée sur lesappareils. Il garantit un niveau de performance élevé des appareils et une lisibilité aisée de leurscaractéristiques.Les appareils Flamme Verte doivent posséder un rendement d'au moins 60%. Ils sont aussi conçus demanière à rejeter peu de rejets nocifs dans l’environnement : moins de 1% de CO dans les fumées decombustion. Ils sont évidemment conformes aux normes de sécurité française et européennes.Les constructeurs signataires de la charte flamme verte sont référencés sur le site : www.flammeverte.com.


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Consommation d’électricité évitée : 10 000 kWh/anÉconomie annuelle : 800 €/anCoût moyen du bois : 45 €/stère Quantité de bois consommée : 5 à 6 stères /an

Exemple réalisé pour une maison individuellerécente de 100 m2, en zone climatique H1, qui a uneconsommation annuelle, pour le chauffage, de 15 000 kWh. Un poêle à fonctionnement continupermet de couvrir environ 66% des besoins annuels.

GAIN EN EUROS ET EN KWH6

Le prix d’un appareil varie de 2000 € à 3000 € en fonction de ses performances et des aspectsesthétiques (les prix peuvent être très élevés, jusqu’à 6 000 € voire plus avec du matériel à l’esthétismetrès travaillé).

COÛT4

Dans une journée moyenned’hiver, l’appareil de chauffageau bois permet de limiter for-tement le fonctionnement desconvecteurs en heures plei-nes. La nuit, il est réglé surune allure réduite qui peut êtretenue toute la nuit si l’appareilsélectionné est un appareil àfonctionnement continu.La diminution de la consom-mation des convecteurs aug-mente fortement le foisonne-ment ce qui entraîne une dimi-nution des puissances appe-lées.

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31•POMPE A CHALEUR

La pompe à chaleur est un appareil permettant de puiser de l’énergie gratuite d’une source de chaleurenvironnementale comme l’air, l’eau ou encore le sol et de la porter à un autre volume à chauffer. On trouveainsi toujours dans les pompes à chaleur les quatre mêmes composants principaux : Compresseur,Détendeur, Evaporateur et Condenseur dans lesquels circule le fluide frigorigène.Les pompes à chaleur réversibles peuvent assurer également le besoin climatique en été.Le coefficient de performance (COP) est le rapport de la quantité d'énergie calorifique dégagée à la quantitéd'énergie consommée. Ce COP varie en fonction de la technologie de la PAC. Les ordres de grandeur sontles suivants :


PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

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Suivant les disponibilités de source de chaleur en contact avec l’évaporateur et le mode de chauffagehydraulique ou aéraulique côté condenseur, différents systèmes sont envisageables. Pour le côtéévaporateur, la chaleur peut être directement prélevée de l’air extérieur. C’est à cette catégoriequ’appartiennent les climatiseurs en split-system. Une nappe phréatique, un lac, un cours d’eau ou encorele sol, peuvent servir également de source de chaleur. Tout captage de l’eau en nappe phréatique ou desurface doit faire l’objet d’une demande préalable auprès des administrations concernées.Pour le mode de chauffage, le système hydraulique est le plus fréquemment pratiqué en France. Le plancherchauffant ou rafraîchissant, les ventilo-convecteurs et des radiateurs à basse température sont des modesd’émission adaptés à la pompe à chaleur.Pour le chauffage aéraulique, c’est la diffusion d’air de l’unité intérieure ou celle d’un système centraliséet gainable qui chauffe l’air du logement.

FAISABILITÉ3

Multi-énergies

Il existe des systèmes à détente directe qui produisent directement le froid dans l’unité de climatisationplacée à l’intérieur du local. Les systèmes réversibles assurent le chauffage par inversion du cyclefrigorifique.

PAC Air/eau Eau/eau Air/air Sol/eau

COP 2,5 3 2,7 3,1

Le chauffage par pompe à chaleur permet de couvrir la majorité des besoins de chauffage d’un logementen consommant moins qu’un chauffage électrique direct.

PAC AIR-AIR PAC EAU-EAU. PAC SOL-EAU PAC AIR-EAU (source COSTIC).

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POMPE A CHALEUR

PUISSANCE ÉVITÉE5

Chaque système de pompe à chaleur a ses avantages et ses inconvénients. Il faut bien analyser les besoinscalorifiques, les conditions climatiques locales et la disponibilité de source énergétique afin d’aboutir à un choixadéquat. Quand c’est possible il est préférable d’utiliser l’eau ou le sol comme source de chaleur car sa températureest stable ; l’inconvénient est que cette solution demande des travaux d’installation importants. L’air extérieur estsouvent utilisé car le système s’installe alors sans travaux supplémentaires. L’inconvénient d’un système sur l’airextérieur est qu’il ne couvre pas la totalité du besoin et qu’il faut prévoir le chauffage d’appoint quand il fait très froid.La puissance électrique d’appoint est dimensionnée en fonction de la température extérieure de base. Si cettetempérature extérieure est supérieure ou égale à –5°C, la puissance d’appoint plus la puissance de pompe à chaleurdoit répondre à 120% de déperdition thermique. Dans le cas contraire, la puissance d’appoint sera dimensionnée à ladépertion totale qui fait que le gain en puissance est effectivement nul pour les jours de grand froid.


Des fabricants : AIRELEC, ATLANTIC, CARRIER, CIAT, DAIKIN, TOSHIBA, TRANE, etc.Des organismes : COSTIC, LAPAC, etc.


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Exemple réalisé pour un pavillon individuel de plain-pied et de 100m2 habitables avec un niveau d’isolation conformeà la réglementation thermique de 1982, occupé par deux adultes et deux enfants, situé à Nancy. Dans ce cas laconsommation évitée est de 3 000 kWh/an et l’économie annuelle de160 €/an.La consommation du chauffage électrique, sur une période de chauffage allant du 1er octobre jusqu’au 20 mai s’élèveen moyenne à 4 020 kWh. Si les pièces principales sont chauffées par le chauffage aéraulique avec split-system, cetteconsommation électrique est réduite à 1025 kWh.

GAIN EN EUROS ET EN KWH6

L’indication du coût d’une installation de chauffage par pompe à chaleur ne peut que donner des résultats très variablesétant donné le grand nombre de facteurs à considérer et les incertitudes. A titre indicatif, pour une maison individuellede surface 100 m2, il faut compter de 65 €HT/m2 à 115€ HT/m2 avec le chauffage hydraulique suivant différentsmodes d’émission et de 50 €HT/m2 à 120 €HT/m2 pour le chauffage aéraulique suivant différentes distributions.

COÛT4

Les profils d’appel de puis-sance électrique d’une jour-née en décembre pour lechauffage en solution élec-trique et pour le chauffageavec une pompe à chaleursont illustrés sur la figure ci-dessous, qui montre que lapuissance électrique pouvantêtre évitée est au maximumde 5500 W et de 2400 W enmoyenne si le chauffageélectrique dans les piècesprincipales est remplacé parun chauffage par pompe àchaleur.

Mode de Aéraulique Hydrauliquechauffage Individuel Centralisé gainable Plancher chauffant Ventilo-convecteur Radiateur

avantagesSimple, Régulation Coût Stable et confort Facilité de distribution Simple, Facilitéindividuelle moins cher invisible, agréable et régulation de distribution

InconvénientsInstabilité de Instabilité de Travaux importants Pas pourtempérature température Idéal pour maison neuve rafraîchissement

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bâtiment

32 • ISOLATION THERMIQUE

33 • VENTILATION MÉCANIQUE CONTRÔLÉE

34 • ISOLATION DES PAROIS VITRÉES

35 • CLIMATISATION : PROTECTION DU BÂTI

36 • CLIMATISATION : ISOLATION DES PAROIS VITRÉES

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32•ISOLATION THERMIQUE

La réduction des déperditions permet une réduction de la puissance installée en chauffage.Placés par ordre décroissant, les principaux postes déperditifs sont le toit, le plancher bas, les murs, lesouvrants, les ponts thermiques et la ventilation. Cependant les constructions existantes sont caractériséespar des contraintes technico-économiques qui conduisent à hiérarchiser le “poids” relatif des postesdéperditifs pour définir les actions pertinentes à conduire.A titre d’exemple, le tableau suivant indique la valeur moyenne du coefficient K pour des parois non isoléeset pour celles isolées conformément aux exigences données dans les solutions techniques de laréglementation thermique de 1988 appliquée au chauffage électrique.

Coefficients moyens K enW/m2.°C (qui indique lapuissance perdue en Wtraversant en permanence unesurface de 1m2 dont l’écart detempérature entre les 2 facesest de 1°C).


PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

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Dans une maison peu ou pas isolée, cette opération est toujours réalisable, mais elle représente uninvestissement qui peut être élevé en fonction des techniques à mettre en œuvre.

FAISABILITÉ3

Prix indicatifs pour les différentes solutions posées, source www.batitel.com, août 2003.

COÛT4


bâtiment

NATURE DE LA PAROI SANS ISOLATION AVEC ISOLATION

Toit 3,5 0,2

Plancher bas 2 0,4

Murs 2,5 0,35

Ouvrants 4,2 2,5

Combles perdus De 8 à 11 € /m2

Combles aménagés De 9 à 12 € /m2

Toiture De 11 à 15 € /m2

Murs par l’intérieur De 17 à 45 € /m2

Murs par l’extérieur De 90 à 120 € /m2

Sol et plafond De 16 à 30 € /m2

Fenêtre PVC “rénovation“ avec double vitrage De 500 à 700 € l’unité

Isolation de la toiture. Isolation des parois opaques verticales.

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ISOLATION THERMIQUE

PUISSANCE ÉVITÉE5

Exemple réalisé pour une maison individuelle de 100 m2, en zone H1, construite avant 1974 et nonréhabilitée depuis. Le chauffage est géré sans intermittence. Pour une température intérieure de 19 °C lesdifférentes possibilités d’isolation sont résumées dans le tableau ci dessous :

Dans ce cas, la consommation maximale évitée est de 26 390 kWh/an et l’économie annuelle de 2 325 €/an.La plupart du temps, l’économie engendrée par une telle intervention est moindre mais le confort s’en trouveaugmenté. En effet, les occupants ont souvent tendance à augmenter la température intérieure suite auxtravaux, ce qu’ils ne s’autorisaient pas avant par crainte d’une facture élevée.


Le client ne peut que tirer des avantages de l’amélioration thermique de son bâtiment : une puissanceinstallée plus faible, une consommation réduite est un confort accru. Les seuls inconvénients sont liés auxtravaux, surtout lorsque l’isolation se fait par l’intérieur dans les pièces à vivre.


Les isolants cités se trouvent chez tous les marchands de matériaux de construction et dans la plupart desgrandes surfaces de bricolage.


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La puissance évitée estimportante. Dans le cas del’exemple du paragraphesuivant et comme le mont-re le graphe ci-contre, lapuissance évitée est de 12kW, si les émetteurs sontremplacés. Sinon lesappels de puissanceinstantanée demeurent aumême niveau, mais lesconvecteurs fonctionnantbeaucoup moins souvent(réduction de plus de 50%du temps de fonctionne-ment), un foisonnementimportant est créé.

Isolation GV en W/K Conso. KWh/an Gain en %

1 Sans 600 44 800

2 Combles 420 31 230 31

3 2+ouvrants 355 26 460 41

4 3+mur intérieur 250 18 485 59

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33•VENTILATIONMÉCANIQUE CONTRÔLÉE

L'installation d'un système de ventilation mécanique contrôlée (VMC), ou mieux d'une VMC hygroréglable,est recommandée dans tous les bâtiments non encore équipés, où la ventilation est faite naturellement, sanscontrôle des débits.L’installation d'un système de VMC (ventilation mécanique contrôlée) est constituée :• d'un caisson préfabriqué avec ventilateur et orifices d'aspiration et de refoulement en attente,• de bouches d'extraction placées dans les pièces humides (cuisine, bains, WC) et raccordées par desconduits aux orifices appropriés de l'extracteur,• de bouches d'entrée d'air autoréglables placées en partie haute des baies vitrées des chambres et duséjour.


PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

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L'installation est difficilement réalisable si le bâtiment ne possède pas de combles où l'extracteur peut êtreinstallé aisément et où peuvent circuler les conduits de raccordement des bouches d'extraction.Vérifier les possibilités d'installation des bouches d'extraction dans les pièces humides et les moyens defaire circuler les conduits afin qu'ils ne dégradent pas l'esthétique : penser aux placards, aux faux-plafonds(existants ou à créer), aux angles de murs avec dissimulation par coffrage, …

Source : Aldes.

FAISABILITÉ3

Le prix est de l’ordre de 700 €TTC. Ce coût d'installation d'un système complet dans un F4 avec combleinclus la main d’œuvre (à hauteur d’environ 320 €TTC).Ce coût n'inclut pas le remplacement des émetteurs surpuissants.

COÛT4


bâtiment

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VENTILATION MÉCANIQUECONTRÔLÉE

PUISSANCE ÉVITÉE5

L'économie est d'environ 1300 kWh/an, soit 130 €/an, pour un F4 en région parisienne avec une VMCtraditionnelle (l'économie sera plus importante si l'extracteur comporte 2 vitesses et que la petite vitesse estutilisée pendant les périodes d'inoccupation).L'économie est d'environ 2100 kWh/an, soit 210 €/an, pour un F4 en région parisienne avec une VMChygroréglable.


Le débit d'air neuf introduit correspond juste aux besoins hygiéniques des occupants. Il n'y a pas d'airextérieur introduit et réchauffé inutilement . L'économie financière est importante.Les travaux nécessitent parfois des reprises de peintures ou de papiers peints.Les bouches d'entrée d'air et d'extraction doivent être nettoyées régulièrement (environ 2 fois par an).


Le refoulement de l'extracteur est raccordé sur l'extérieur ou dans les combles, si elles sont suffisammentventilées.Il est préférable de suspendre l'extracteur à la charpente pour éviter la transmission des vibrations et desbruits de fonctionnement du moteur à la structure.Sur le caisson, les orifices inutilisés doivent rester bouchés.L'orifice de raccordement de la cuisine est de diamètre plus important que celui des autres orifices.L'orifice de refoulement placé sur la face supérieure du caisson, doit être positionné vers le haut.Les raccordements des conduits aux bouches et à l'extracteur doivent être réalisés avec toutes lesprécautions, afin d'éviter les fuites d'air.Il n’y aura pas d’économies si le renouvellement de l’air initial était insuffisant (entrées d’air obturées plusou moins partiellement par les occupants par exemple).


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La courbe bleue représen-te la puissance nécessaireau réchauffage de l'airrenouvelé dans le casd’une ventilation naturelle,à raison de un volume parheure.La courbe rouge représen-te la puissance nécessaireau réchauffage de l'airrenouvelé dans le casd’une ventilation méca-nique contrôlée hygroré-glable avec deux régimesde fonctionnement.La puissance évitée est d'environ 300 W pour un F4 situé en région parisienne (à condition que les émet-teurs en place soient remplacés par des appareils moins puissants).Ce gain est obtenu par la diminution de la puissance nécessaire au réchauffage de l'air renouvelé, mino-rée de la puissance du moteur de l'extracteur.

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34•ISOLATION DESPAROIS VITRÉES

Remplacement des fenêtres et portes-fenêtres en place par des menuiseries avec doubles vitrages àisolation renforcée (VIR).Les baies vitrées proposées en remplacement sont constituées d'un double vitrage, avec une lame d'aird’épaisseur 10 à 16 mm, ayant une émissivité de 0,10 pour le vitrage traité (ou inférieure à 0,10) et avecun encadrement en PVC. Le coefficient de transmission thermique U correspondant est de 1.90 [W/m2.K].


PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

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Vérifier les dimensions entre tableaux et l'épaisseur de l'isolation, ou l'épaisseur du dormant actuel, pourchoisir l'épaisseur du nouveau dormant et des baguettes de rattrapage du jeu.Les nouvelles fenêtres peuvent être posées sur le dormant actuel, ce qui diminue le coût de la pose et éviteles reprises de peintures ou de papiers peints.L'ajout de volets roulants ou battants, réalisant une lame d'air étanche entre eux et la fenêtre, permet unabaissement du coefficient U pendant la nuit (volets fermés).Si une fenêtre à simple vitrage est en parfait état (dormant, ouvrants et étanchéité), une solution consiste àremplacer uniquement les vitrages simples par des doubles vitrages ou éventuellement poser du survitrage.Dans le cas du survitrage une attention particulière doit être portée sur l’étanchéité de la lame d’air ainsicréée.

FAISABILITÉ3

Coût du remplacement de 12 m2 de baies vitrées dans une habitation de 100 m2.Les prix évoluent de 3 500 à 4 500 €. Ce coût n'inclut pas le remplacement des émetteurs de chaleurdevenus surdimensionnés.

COÛT4


bâtiment

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ISOLATION DES PAROIS VITRÉES

PUISSANCE ÉVITÉE5

Exemple réalisé pour une habitation de 100 m2 avec simple vitrage en région parisienne. Dans ce cas laconsommation évitée est de 1850 kWh/an et l’économie annuelle de165 €/an. Mis à part le cas d’ouvrantsexistants qui ne sont plus jointifs, les diminutions de consommation liées à une modification des ouvrantssont relativement modestes, mais un remplacement par du double vitrage apporte un gain en confort trèsapprécié, qui peut avoir tendance à faire diminuer la température moyenne de consigne fixée par lesoccupants.


En plus des économies financières, cette intervention apporte :• une amélioration du confort en diminuant l'effet de paroi froide,• une meilleure isolation acoustique,• une maîtrise des infiltrations d'air,• la revalorisation du patrimoine, …Les menuiseries PVC ne nécessitent pratiquement aucun entretien.Ces travaux peuvent nécessiter des reprises de peintures ou de papiers peints.Cette intervention reste souvent plus justifiée par l’augmentation très sensible du confort (isolation phoniqueet suppression des effets de parois froide ressentis à proximité des fenêtres) que de l’économie d’énergie,le temps de retour sur investissement étant généralement assez long.


Pour certains bâtiments classés, les travaux d’isolation par l’extérieur doivent faire l’objet d’une demandede permis de modification de façade.Si cette solution MDE est appliquée à plusieurs logements de la même antenne, le foisonnement peut alorsdevenir significatif.


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La puissance évitable estd'environ 900 W. Soit lesémetteurs en place sontremplacés par des appa-reils moins puissants, soitcela se traduit par desémetteurs activés moinssouvent (quelques pourcents estimés) provoquantainsi un effet de foisonne-ment.Dans les mêmes condi-tions le remplacement dedouble vitrage simple pardu VIR entraîne une écono-mie d’environ 350 W.

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35•CLIMATISATION :PROTECTION DU BÂTI

En été, bien protéger une maison d'un échauffement excessif dû au rayonnement solaire par des mesuresappropriées sur l'enveloppe du bâtiment permet de maintenir une faible consommation d'énergie électriquesur la climatisation. L’élaboration d’une protection solaire efficace constitue ainsi une phase fondamentalede la conception de logements thermiquement et énergiquement performants. Un logement bien protégé,c’est un logement où les toits et les murs sont bien isolés avec un isolant thermique, les façades et fenêtresombragées grâce à des plantations végétales, des galeries, des stores extérieurs, des bardages, des pare-soleil ou brise-soleil. Ces petits aménagements supplémentaires méritent tous d’être envisagés et peuventsupprimer le besoin du recours à une climatisation électrique. Ils peuvent considérablement diminuer lafacture d’électricité due à la consommation climatique sans détérioration du confort thermique.


PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

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Les protections solaires peuvent concerner en général toutes les parois extérieures du logement : toiture,murs et fenêtres. Pour la toiture, à part une meilleure isolation thermique, une toiture végétalisée ou unedouble toiture bien ventilée protège bien le logement contre la surchauffe en été. Un traitement végétalextérieur ou un revêtement fortement réfléchissant ou encore une adjonction d’espaces tampons sont desmesures possibles pour les murs contre le rayonnement solaire estival. Les arbres plantés à proximité desmaisons ne doivent pas devenir dangereux en cas de phénomènes météorologiques particuliers tels que lescyclones.Les fenêtres peuvent être aussi protégées soit par des films réfléchissants, soit par des stores extérieurs

ou brise-soleil ou pare-soleil non seulement parce qu‘elles représentent en général 15 à 30% des apportsthermiques par les parois des logements (35 à 55% pour les logements qui ne sont pas sous toiture), maisaussi parce qu’elles contribuent à accroître l’inconfort des occupants par un échauffement instantané del’air ambiant et une exposition au rayonnement solaire direct ou réfléchi.

Source : COSTIC.

FAISABILITÉ3

Des plantations végétales sur le mur ou la toiture constituent un bioclimat et une décoration jardinière dela maison. Les coûts sont très variés suivant les différentes plantes et aménagements. Le coût desagencements de galerie, de double toiture, ou d’espace tampon est très varié suivant la structure, le choixdes matériaux et la quantité de travaux. Pour la mise en place de auvents, des structures renforcées sontparfois nécessaires dans les zones cycloniques. A titre indicatif pour une toiture en tuile béton, il fautestimer de 20 €HT/m2 à 30 €HT/m2. Le store extérieur en textile transparent coûte environ de 40 €HT/m2 à 130 €HT/m2, le film réfléchissant classique de 70 €HT/m2 à 100 €HT/m2.

COÛT4


bâtiment

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CLIMATISATION : PROTECTION DUBÂTI

PUISSANCE ÉVITÉE5

Exemple réalisé pour un pavillon individuel de plain pied et de 100m2 de surface habitable avec un niveaud’isolation conforme à la réglementation thermique de 1982 et 14% de parois verticales vitrées, occupé pardeux adultes et deux enfants et situé à Carpentras. Grâce aux installations de store à l’extérieur des fenêtres,le rayonnement solaire incident sur les parois vitrées est réduit de 80%.La consommation électrique due à la climatisation sur une période allant du 1er juin jusqu’au 30 septembreest en moyenne de 1730 kWh. Dans cet exemple, la consommation évitée est de 780 kWh/an et l’économieannuelle de 78 €/an. Cette consommation électrique peut encore être réduite avec l’installation deprotection solaire par des stores extérieurs.


Le tableau comparatif suivant récapitule la plupart des solutions courantes en distinguant pour chacune lesavantages et les inconvénients. Parmi ces choix techniques, ceux qui demandent des aménagementssupplémentaires sont a priori idéaux pour les nouvelles constructions. Les plantations végétales sontadoptables tant pour les nouvelles constructions que pour des rénovations, mais il faut renforcer l’étanchéitéà l’humidité.


Il est à noter que dans certains cas (et notamment dans l’habitat), une bonne application de techniquessimples de protection solaire permet d’éviter tout recours à la climatisation. La promotion de ces techniquesest assurée dans les DOM dans le cadre des opérations ECODOM qui apportent des aides au financementde solutions bioclimatiques simples dans l’habitat neuf.


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La figure ci-contre illustreles deux profils d’appel depuissance électrique enjuillet, respectivement pourle cas avec store extérieuret celui sans store exté-rieur. La puissance élec-trique d’appel évitée peutêtre d’environ 2400 W aumaximum, 1100 W enmoyenne.

Différentes Toiture Mur Fenêtreprotections Verte Double Traitement Revêtement Espaces Film Store Paresolaires toiture végétal réfléchissant tampons réfléchissant extérieur soleil

Avantages Simple Confort Simple simple Confort Simple simple Confortbioclimat thermique bioclimat d’été installation Confort d’été d’été

estival et d’hiver et d’hiver et d’hiver

Inconvénients Etanchéité Travaux Etanchéité Moins de Coût Moins de Maintenance Maintenancehumidité importants humidité gain solaire Travaux gain solaire Corrosion CorrosionMaintenance en hiver important en hiver

100

36•CLIMATISATION :ISOLATION DES PAROISVITRÉES

La préoccupation de limiter la consommation énergétique conduit à concevoir des bâtiments moinsdépendants des sources d’énergie fossile. Parmi les choix technologiques, l’isolation des parois vitrées estune mesure efficace pour diminuer les charges en climatisation d’été, tout en réduisant également lesconsommations de chauffage.Le niveau d’isolation thermique de la paroi vitrée est caractérisé par son coefficient de transmissionsurfacique U en [W/m2.K]. Plus ce coefficient est faible, plus le vitrage est isolant. Le caractère isolant estobtenu par les caractéristiques de la lame d’air ou de gaz (épaisseur de la lame et nature du gaz).Les vitrages de « contrôle solaire » sont traités par un film de particules métalliques qui réfléchit lerayonnement solaire, entraînant la diminution des charges et la réduction de la consommation d’électricitépour la climatisation.


PRÉSENTATION

ILLUSTRATIONS

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2

Vérifier les dimensions entre tableaux et l'épaisseur de l'isolation, ou l'épaisseur du dormant actuel, pourchoisir l'épaisseur du nouveau dormant et des baguettes de rattrapage du jeu.Les nouvelles fenêtres peuvent être posées sur le dormant actuel, ce qui évite les reprises de peintures oude papiers peints.Si une fenêtre à simple vitrage est en parfait état (dormant, ouvrants et étanchéité), une solution consiste àremplacer uniquement les vitrages simples par des doubles vitrages. S'assurer alors que le châssis pourrasupporter la masse plus importante des vitrages.L'ajout de volets roulants permet une bonne protection contre l'ensoleillement.Dans le cas de bâtiments "classés" (permis de construire), le remplacement des baies vitrées avecencadrement bois ne pourra pas se faire par des fenêtres avec PVC. On choisira alors des fenêtres àencadrement bois dont le coefficient U est généralement peu différent des fenêtres PVC.Le double vitrage de « contrôle solaire » est recommandé pour les locaux climatisés. L’apport d’une couchede sels métalliques réfléchissants diminue la part du rayonnement solaire transmis à l’intérieur du local. Letraitement est réalisé sur la face intérieure ou extérieure de la glace extérieure du double vitrage, en fonctionde l’aspect esthétique désiré pour le vitrage. Le facteur énergétique de transmission du flux solaire passede 75 à 21 % environ (variable suivant le traitement du vitrage).

FAISABILITÉ3

Le coût de remplacement des baies vitrées varie suivant le niveau d’isolation, le facteur énergétique detransmission du rayonnement solaire, le type de la menuiserie et l’esthétique des modèles.Le coût pour un double vitrage peut varier de 400 à 550 € HT/m2.En rénovation, une solution plus simple mais moins durable consiste à coller un simple film réfléchissantsur la surface intérieure de vitrage. Le coût est alors de 70 à 100 € HT/m2.

COÛT4


bâtiment

101

Source : COSTIC.

CLIMATISATION : ISOLATION DESPAROIS VITRÉES

PUISSANCE ÉVITÉE5

L’exemple est réalisé pour une maison individuelle de plain-pied occupée par deux adultes et deux enfants,d’une surface habitable 100 m2, avec 14 m2 de parois vitrées, avec un niveau d’isolation conforme à laréglementation thermique de 1982 et située à Carpentras.Les pièces principales (séjour + chambres) sont climatisées. Le calcul est réalisé sur une période declimatisation allant du 1er juin au 30 septembre avec les températures et l’ensoleillement d’une année type.L’économie d’énergie pour la climatisation est de 685 [kWh/an], soit une économie financière de 49 [€ TTC/an]. Une économie est également réalisée en chauffage : elle est d'environ 770 [kWh/an] dansle cas d'un chauffage électrique (77 [€ TTC/an]).


Les avantages et inconvénients de chaque solution sont résumés et comparés dans le tableau ci-dessous.


Penser à combiner cette intervention avec la pose de protections solaires extérieures (stores, volets).


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Dans cet exemple toutesles baies vitrées de la mai-son individuelle initiale-ment en double vitrageavec un coefficient U = 2,8[W/m2.K] et un facteurénergétique de transmis-sion = 75 % ont été rem-placées par des baiesvitrées de contrôle solaireavec double vitrage decoefficient U = 1,9[W/m2.K] et un facteurénergétique de transmis-sion = 21 %.La puissance électrique évitée pour la climatisation est au maximum de 621 [W].

Solutions de Simple vitrage Double vitrage classique

à Double vitrage classique Double vitrage Double vitrageà gaz lourd réfléchissant

Economie financièreEconomieAmélioration du confort Légèrefinancière

Avantages (plus d’effet de paroi froide) économieAmélioration

Amélioration performances financière du confort d’été acoustiques

Investissement important Investissement importantInvestissement important

InconvénientsTravaux lourds Travaux lourds

Travaux lourdsDiminution de l’éclairage naturel

Isoler les parois vitrées apporte une économie d’énergie en toute saison. Placer un film de protection solairediminue les charges, l’été, mais diminue aussi les apports gratuits l’hiver.

102

Production décentralisée37 • GROUPE ÉLECTROGÈNE

38 • COGÉNÉRATION

39 • TURBINAGE DE L'EAU POTABLE

103

37•GROUPE ÉLECTROGÈNE

Dans les exploitations agricoles, un groupe électrogène peut être installé pour alimenter en direct desusages de forte puissance comme un poste à soudure à l’arc ou un nettoyeur haute pression.Les gammes de puissance des groupes électrogènes sont très larges : à partir de 1 kW jusqu’à plusieursMW. La production des groupes de petite puissance (inférieure à 7.5 kVA) est en général monophasée ettriphasée pour les groupes plus puissants.Il existe pour des usages spécifiques des systèmes thermiques autonomes (nettoyeur haute pressionthermique, motopompe ou groupe autonome de soudure à l’arc par exemple). Ces équipements sont pluslégers que l’équivalent pompe et groupe électrogène ou nettoyeur et groupe électrogène.


PRÉSENTATION

ILLUSTRATION

Compteur disjoncteur de réseau

Groupe électrogène de secours

Maison GrangeElevage

1

2

Le groupe électrogène doit être dimensionné sur la puissance apparente des équipements : des appareilscomme les postes à souder fonctionnent souvent avec des facteurs de puissances médiocres de 0,5 à 0,6.Les groupes fonctionnent au gasoil (fioul) ou à l’essence. Pour des applications nécessitant unfonctionnement régulier du groupe, il est préférable d’investir sur un groupe diesel de durée de vie plusimportante et de coût de fonctionnement plus faible par rapport à un groupe essence, malgré un prix d’achatplus élévé à puissance équivalente.

Source : SDMO.

FAISABILITÉ3

La consommation d’un groupe électrogène diesel est de l’ordre de 0,3 à 0,35 € par kWh électriqueproduit. A titre indicatif, un nettoyeur thermique haute pression 160 bars coûte environ 1600 à 2000 € HT, un poste de soudure thermique 160 A essence avec démarrage électrique coûte environ1400 €.

COÛT4


105

Puissance type Prix HT

5 à 6 kVA Essence monophasé 1 500 à 3 500 €

7 à 7,5 kVA Diesel monophasé ou triphasé 3 000 à 7 000 €avec démarrage électrique

10 à 15 kVA Diesel triphasé avec démarrage 4 000 à 8 000 €électrique

GROUPE ÉLECTROGÈNE

PUISSANCE ÉVITÉE5

Le groupe électrogène peut aussi être utilisé en substitution du réseau durant les pointes tarifaires d’achatd’électricité afin de réduire la facture énergétique globale de l’exploitation.


La présence d’un groupe électrogène sur l’exploitation agricole est intéressante en cas de coupure réseaupour alimenter en direct tout ou partie de l’exploitation et sécuriser ainsi l’activité.Un groupe de soudage ou un nettoyeur haute pression autonomes offrent de plus l’avantage de pouvoir êtreutilisés n’importe où, sans contrainte de raccordement à une prise de courant.Dans le cas d’alimentation de postes de soudure à l’arc, l’alimentation par un groupe électrogène permetde limiter la pollution électrique du réseau par les flickers et harmoniques générés par ses équipements grospollueurs.L’approvisionnement en carburant pour un groupe électrogène diesel ne présente en général pas unecontrainte importante sur une exploitation agricole du fait de l’approvisionnement existant en gasoil pour lestracteurs. Un groupe électrogène nécessite cependant un entretien périodique en particulier pour la vidangeet le remplacement des filtres.


Fabricants : HONDA, GENELEC, SDMO, SOFRAM, LISTER PETTER, LOMBARDINI…


6

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L’alimentation par ungroupe électrogèneindépendant permet delimiter la pointe d’appelde courant sur le réseauliée à l’utilisation ponc-tuelle du groupe desoudage de 4 kVA.

106

38•COGÉNÉRATION

La cogénération est un système qui permet de produire simultanément de la chaleur et de l’électricité. Grâceà cette production combinée, les pertes d’énergie sont réduites de manière significative. Ainsi, lacogénération permet d'économiser entre 15 et 20 % d’énergie primaire par rapport à la production séparéede ces mêmes quantités de chaleur et d'électricité.En zone rurale, une petite unité de cogénération (micro – cogénération) peut être installée en substitutiond’une chaudière pour la production d’eau chaude sanitaire et le chauffage. La puissance électrique produitepermettra de limiter la puissance appelée sur le réseau et de réduire ainsi la pointe synchrone en hiver. Lecombustible utilisé peut être du gaz naturel, du GPL, du fioul ou un biogaz.


PRÉSENTATION

SCHÉMA DE PRINCIPE

Pompe de chauffage

Eau chaude sanitaire

Accumulateur

Consommation domestiqueRéseau électrique

Mini-cogénérateur

Eau froide

MoteurGaz

Génératrice

Cheminée

Récupérateur de chaleur des gaz d'échappement

SilencieuxPompe de charge de l'accumulateur

Maintien de la température

Échangeur de chal. à plaquesÉlectronique de puissance

Vanne mélangeuse

Retour

Aller

1

2

Pour être optimisée, l’unité de cogénération doit être dimensionnée sur les besoins de chaleur (la productiond’électricité devant être considérée comme un gain induit, mais pas comme une finalité). Les groupes decogénération de petite puissance actuellement disponibles sur le marché sont des unités de 6 à 14 kWthermique pour 2 à 4,7 kW électrique ou 41 à 45,5 kW thermique pour 21 à 22,5 kW électrique.L’unité de cogénération doit être couplée à un ballon d’eau chaude de gros volume (500 à 1000 l) pourstabiliser son fonctionnement et éviter des démarrages et arrêts trop fréquents. Ce stockage peut aussi êtreutilisé en tampon pour décaler la production d’électricité de l’unité de cogénération durant les pointesd’appel de puissance sur le réseau ou sur plage horaire définie (période tarifaire favorable).Cette solution n’est pas adaptée pour des départs en contrainte l’été.

FAISABILITÉ3

De 12 000 à 16 000 € pour un module de 5 kWe, et de 15 000 à 30 000 € pour des modules de 9 kWe à 22 kWe.

COÛT4


107

Source : ECOPOWER.

COGÉNÉRATION

PUISSANCE ÉVITÉE5

La rentabilité économique intrinsèque est souvent difficile à atteindre pour de petites unités de cogénération.Elle est réduite du fait du coût des protections de couplage au réseau, difficile à amortir pour les unités demoins de 100 kWe. Pour les unités de moins de 36 kWe, un arrêté de mars 2002 fixe le prix d’achat del’électricité produite équivalent au prix de l’électricité achetée au distributeur.L’intérêt économique peut toutefois être atteint par la prise en compte de coûts externes comme lerenforcement réseau évité dans le cadre d’une opération de MDE.


La cogénération permet à partir d’une énergie primaire d’assurer les besoins de chaleur d’une habitation oud’une exploitation agricole et crée un revenu supplémentaire par la vente d’électricité ou la réductionsignificative de la facture d’électricité. Elle peut aussi permettre une diminution de la pointe synchrone.Elle nécessite, à l’image de tout moteur thermique, une maintenance périodique.


Modules de petite puissance proposés par :EUROS TRADING SA (France), ECOPOWER (Suisse), SENERTEC (Allemagne).


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Puissance évitée de 5kW durant les périodesde fonctionnement del’unité de cogénération.

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39•TURBINAGE DE L’EAU POTABLE

L’alimentation en eau potable des communes est en général assurée par des captages de sources ou parprélèvement dans des cours d’eau au niveau de barrages. L’eau ainsi captée est acheminée près des lieuxde consommation par des conduites fermées et stockée dans des réservoirs. Sur ces conduites, du fait dudénivelé entre le point de prélèvement et le réservoir, peuvent apparaître des pressions importantes qui sonten général dissipées dans des réducteurs de pression (brises charges). Ces pressions associées au débitde l’eau peuvent être utilisées pour produire de l’électricité par l’installation d’une turbine hydroélectriquesur la conduite.

Solution ✓ domestique ou professionnelle ✓ avant disjoncteur

PRÉSENTATION

ILLUSTRATION

Captage

Conduite forcée

Départ de la distribution

Turbine

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2

La puissance hydraulique disponible (Ph en kW) en sortie d’une conduite forcée est donnée par la relationPh = 0,0278 x Q x P avec Q le débit disponible (en m3/h) et P la pression dynamique en sortie de conduite(en bar). Des turbines sont disponibles à partir de hauteurs de chute d’une dizaine de mètres (environ 1 barde pression) et pour des puissances à partie de quelques centaines de Watt jusqu’à plusieurs MW.

Dans le cas de micro-turbines (puissances inférieures à 150 kW), pour que les projets soientéconomiquement viables, le réseau doit se situer à proximité du lieu d’installation de la turbine et sa capacitéd’évacuation d’énergie doit être compatible avec la puissance de la turbine (une ligne basse tensionpermettra d’évacuer généralement quelques dizaines de kW ; pour les puissances supérieures un réseaumoyenne tension - HTA - est nécessaire).

FAISABILITÉ3

Les investissements à réaliser pour l’implantation d’une micro-turbine sur une conduite d’eau potablecomprennent la fourniture des équipements électriques (turbine, génératrice, couplage, commande), lestravaux de pose sur la conduite et le raccordement au réseau. Ils peuvent nécessiter des travaux de géniecivil (terrassement, construction d’un local…). L’ensemble de ces coûts est très variable en fonction desconditions particulières d’installation sur le site (distance au réseau, place disponible…).Gamme de prix hors pose et hors génie civil :

COÛT4


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Micro-centrale avec roue Pelton P < 30 kW 1750 à 3500 € / kW30 < P < 60 kW 750 à 1200 € / kW

Micro-centrale avec roue BankiP < 30 kW 3000 à 3600 € / kW30 < P < 100 kW 1250 à 1800 € / kW

Source : SERT.

TURBINAGE DE L’EAU POTABLE

PUISSANCE ÉVITÉE5

L’exploitant choisi la formule d’achat de l’électricité produite la mieux adaptée à son profil de production :

Les tarifs sont garantis pendant 20 ans à compter de la signature du contrat ; ils sont ensuite minorés.


L’installation hydroélectrique n’apporte aucune pollution chimique de l’eau. Il est néanmoins nécessaire deprendre quelques précautions en utilisant des matériaux de qualité alimentaire pour les pièces en contactavec l’eau, en utilisant des graisses alimentaires dans les roulements et en installant des roulementsétanches. Ces techniques sont bien maîtrisées et utilisées depuis longtemps pour les pompes.Accords éventuels : Une autorisation de la DDASS sera nécessaire pour l’installation de la micro-centrale etéventuellement un permis de construire si des travaux de génie civil sont nécessaires.


Fabricants pour les turbines de petites et moyennes puissances : IREM, THEE.


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La production d’électri-cité sur conduite d’eaupotable peut permettrede réduire les chutes detension d’un départ parinjection de puissanceaprès un transforma-teur sur un départ encontrainte. La courbe depuissance injectéedépend de la variationdu débit dans la condui-te au cours de la jour-née. Des conditionséconomiquement vala-bles nécessitent géné-ralement d’avoir un tur-binage permanent.

en centimes d’Euros par kWh

TYPE DE TARIFune deux

composante composantesquatre composantes cinq composantes

Hiver Eté Hiver Eté Hiver EtéHP HC HP HC Hpointe HP HC HP HC

Puissance installée< 500kW

6,1 8,42 4,45 10,25 5,98 4,58 4,27 17,81 8,97 5,98 4,58 4,27

Au delà de 20 ans 4,42 6,1 3,23 7,43 4,33 3,32 3,09 12,91 6,5 4,33 3,32 3,09

110

DEVELOPPEMENTS

D . 1.1 - CHAUFFAGE :DIMENSIONNEMENT ETCONSOMMATIONS

1. DÉPERDITIONS ET PUISSANCE DE CHAUFFAGE

1.1. DÉPERDITIONS :

Les déperditions d'un bâtiment sont obtenues en appliquant la formule suivante :

Déperditions [W] = G [W/(m3.K)] x V [m3] x (19 -TextBASE [°C])

avec :

G = Coefficient volumique de déperditions en [W/(m3.K)]

(voir tableaux suivants)

V = Volume du bâtiment en [m3]

TextBASE = Température extérieure de base du lieu, d'après le département, (voir tableau 1) àcorriger suivant l'altitude (voir tableau 2)

1.2. PUISSANCE DE CHAUFFAGE :

Une surpuissance est nécessaire pour réaliser dans de bonnes conditions la remontée entempérature d'un bâtiment après sa mise en ralenti. La surpuissance varie en fonction de ladurée et du niveau de l'abaissement de température et de l'inertie du bâtiment.

Pour l'habitat, les abaissements nocturnes de la température, lorsqu'ils sont pratiqués, sontrelativement peu importants (de 2 à 3 [°C]). D'autre part, les bâtiments chauffés par effet Joulesont en général quelque peu isolés thermiquement et l'inertie est donc faible.

Ces constatations permettent de penser qu'une surpuissance faible est suffisante. En général,l'arrondi par excès réalisé pour sélectionner l'émetteur dans la gamme existante est suffisant.

Une surpuissance de 20 %, utilisée dans différentes méthodes, est une valeur applicable dansles cas courants.

Puissance [W] = Déperditions [W] x 1.20

111

TABLEAU 1TEMPERATURE EXTERIEURE DE BASE(À CORRIGER ÉVENTUELLEMENT EN FONCTION DE L'ALTITUDE)

112

TABLEAU 2CORRECTION EN FONCTION DE L'ALTITUDEDES TEMPÉRATURES EXTÉRIEURES AU NIVEAU DE LA MER

113

2. CONSOMMATION ANNUELLE D'ÉLECTRICITÉ EN

CHAUFFAGEPour calculer la consommation annuelle d'énergie électrique relative au chauffage, onapplique la formule suivante, dans laquelle les différents paramètres sont donnés par lestableaux correspondants :

Conso [kWh/an] = G [W/(m3.K)] x V [m3] x HK [kKh] x rAG [-]

avec :

G = Coefficient volumique de déperditions en [W/(m3.K)], dépend de :

. type de ventilation

. isolation des parois

. le nombre de niveaux

. l'accolement à des bâtiments mitoyens chauffés

(voir tableaux 3)

V = Volume du bâtiment en [m3]

HK = Coefficient de comportement en [kKh], prend en compte :

. la température de chauffage

. le ralenti de nuit

. le type de régulation

. la région climatique

. le comportement

(voir tableau 4)

rAG = Rendement des apports gratuits [sans grandeur]

(voir tableau 5)

114

TABLEAU 3COEFFICIENTS GAVEC VENTILATION NATURELLE

115

TABLEAU 3 (SUITE)COEFFICIENTS GAVEC VENTILATION MÉCANIQUE CONTRÔLÉE

116

TABLEAU 4COEFFICIENTS HKPOUR HABITAT INDIVIDUEL AVEC CHAUFFAGE ÉLECTRIQUE

Les coefficients climatiques CCL sont donnés au tableau 6.

TABLEAU 5RENDEMENT DES APPORTS GRATUITS

117

TABLEAU 6COEFFICIENTS CLIMATIQUES CCL

118

3. RÉPARTITION DES CONSOMMATIONS ÉLECTRIQUES DE

CHAUFFAGE, SUR LES HEURES DE LA JOURNÉELa température extérieure varie sur une journée en suivant grossièrement une évolution deforme sinusoïdale, d'amplitude connue et avec un minimum à 6h00 et un maximum à 14h00.

Les besoins de chauffage sont proportionnels à la température extérieure et pourraient suivrecette courbe, mais il faut prendre en compte les apports gratuits et le fait que le niveau de latempérature de chauffage peut varier entre le jour et la nuit par exemple.

Une approche simplifiée des phénomènes a permis de tracer les histogrammes suivants, enfonction de l'existence d'un ralenti de nuit ou pas. On obtient ainsi la répartition HP et HC (nonméridiennes) de la tarification EDF.

. Répartition de la consommation sur les heures de la journée : Chauffage sansabaissement de température de nuit

. Chauffage avec abaissement de température de nuit

119

4. COÛT ANNUEL D'ÉLECTRICITÉ EN CHAUFFAGEPour connaître le coût annuel de l'énergie électrique consommée en chauffage (sansabonnement, ni taxes locales), on applique l'une des formules suivantes, suivant le type defonctionnement :

1. CHAUFFAGE CONTINU (SANS RALENTI DE NUIT) :

Coût [E TTC/an] = (Conso [kWh/an] x 0.55 x coût kWh JOUR [ETTC] )+ (Conso [kWh/an] x 0.45 x coût kWh NUIT [ETTC] )

2. CHAUFFAGE AVEC RALENTI DE NUIT :

Coût [E TTC/an] = (Conso [kWh/an] x 0.67 x coût kWh JOUR [ETTC] )+ (Conso [kWh/an] x 0.33 x coût kWh NUIT [ETTC] )

NOTA : Le coût global des consommations d'électricité s'obtient par la formule suivante :

Coût [E TTC/an] = [ S (Conso [kWh/an] x coût kWh [ETTC] )+ Abonnement [ETTC] ) ] x 1.072

avec :

Coût = Coût total annuel en [ETTC]

Σ Conso = Consommation annuelle en [kWh/an] des différents usages

Coûts kWh = Coût du kWh jour ou nuit ou moyen exprimé en [ETTC]

Abonnement annuel = Le coût de l'abonnement annuel varie en fonction de la puissancesouscrite. (Les prix sont mis à jour par EDF une à deux fois par an. Le tableau 7 indique les coûts en vigueur au 04/07/03)

1.072 = Taxes municipale (8 %) et départementale (4 %) appliquées sur 80 % du montant TTC des consommations et de l'abonnement, avec une TVA de 19.6 % (1.12 x 0.80 x 1.196 = 1.072)

TABLEAU 7TARIFS EDF EN VIGUEUR AU 4 JUILLET 2003

Prix obtenus sur le site internet d'EDF : www.edf.fr dans la rubrique "Particuliers".

Puissance souscrite[kVA]

Abonnement annuel[E TTC]

Prix du kWh JOUR [E TTC]

Prix du kWh NUIT [E TTC]

6 105.28

0.1058 0.0645

9 189.09

12 272.89

15 356.70

18 440.51

24 736.98

30 1033.46

36 1329.94

120

D . 1.2 - AMÉLIORATIONTHERMIQUE DU BÂTI

L'amélioration thermique du bâti est obtenue par ajout d'un isolant sur les parois à traiter. Lesisolants peuvent être classés en trois grandes familles :

• la laine minérale, laine de verre ou laine de roche,

• le polystyrène, expansé ou extrudé,

• la mousse, de polyuréthanne ou de polychlorure de vinyle.

La laine de verre est utilisée en rouleaux pour l'isolation des combles ou en panneaux pourl'isolation de murs.

La laine de roche s'emploie également en rouleaux ou en panneaux, voire en flocons. Elle estplus compacte que la laine de verre et présente une meilleure résistance à la compression.Elle est également utilisée en isolation de terrasse ou de plancher ou dans les panneauxcomposites.

Ces deux isolants sont regroupés sous l'appellation laine minérale car ils sont produits à partirde minéraux fondus puis étirés en fibres. La laine de verre est produite à partir du sable et lalaine de roche à partir de la roche basaltique (volcanique).

Le polystyrène et la mousse de polyuréthanne sont utilisés en plaques rigides et dans lescomplexes isolants de doublage (panneaux composites avec isolant et plaque de plâtre).

Le polystyrène expansé (PSE) est obtenu par polymérisation du styrène (issu du pétrole) avecintroduction de pentane (agent d'expansion). Les petites billes obtenues, d'un diamètred'environ 0.2 [mm], sont expansées par injection de vapeur, puis sont soudées entre elles aumoulage.

La mousse de polyuréthanne est obtenue à partir de composants polymères (dérivés dupétrole) mélangés avec un catalyseur et de l'eau. Cette émulsion produit une réactionchimique avec un fort dégagement de chaleur qui vaporise l'eau en donnant le caractèrespongieux au produit.

La laine minérale et le polystyrène ont à peu près les mêmes qualités d'isolation. Leurconductivité thermique, notée λ (lambda), est de l'ordre de 0.04 [W/(m.K)].

Les mousses de polyuréthanne et de polychlorure de vinyle, aux qualités thermiquescomparables, ont une efficacité supérieure aux matériaux précédents. Leur lambda est del'ordre de 0.03 [W/(m.K)].

Un nouvel isolant fibreux, la laine de chanvre, apparaît sur le marché. Il possède les mêmesperformances thermo-acoustiques que la laine minérale.

Il est conseillé d'utiliser des matériaux de qualité, testés et certifiés :

• des matériaux isolants manufacturés contrôlés et attestés ACERMI,

• des complexes ou sandwiches d'isolation certifiés CSTBat,

• des plaques de plâtre de parement certifiées NF.

Les domaines et les limites d'utilisation des isolants ainsi que leurs mises en œuvre sontdéfinis dans le DTU 25.42.

121

1. CARACTÉRISTIQUES DES ISOLANTSL'isolation thermique d'un bâtiment entraîne une diminution des besoins de chaleur et permetainsi de limiter la production de CO2.

L'isolation apporte en plus une amélioration sur le plan du confort. Elle a pour effetd'augmenter la température de la face intérieure de la paroi, ce qui supprime la sensation de"paroi froide". En effet, notre corps "rayonne" vers les corps à plus basse température, ce quidonne cette sensation de froid à l'encontre d'une paroi extérieure mal isolée.

Les isolants doivent présenter des qualités sur plusieurs plans : résistance thermique,essentielle pour nos applications, mais aussi résistance au bruit, à l'eau, au feu, …(caractéristiques "ISOLE" d'ACERMI).

- RÉSISTANCE THERMIQUE : L'isolation améliore la résistance thermique d'une paroi, c'est à dire sa capacité à empêcherla fuite des calories vers l'extérieur. L'isolant constitue une "barrière thermique" et de ce faitles besoins de chaleur sont abaissés (voir le calcul du coefficient de transmission auparagraphe suivant).

- RÉSISTANCE ACOUSTIQUE : L'isolation thermique augmente également l'isolation phonique de la paroi qui présente ainsiune meilleure résistance à la propagation du bruit. C'est la structure de l'isolant qui favorisecette atténuation. Certains matériaux sont mieux adaptés que d'autres à ce rôle. Il s'agitessentiellement de la laine de roche dont la structure aérée dissipe l'énergie sonore.

- RÉSISTANCE À L'EAU : Un matériau isolant doit présenter un comportement à l'eau qui lui permette de maintenir sescaractéristiques initiales dans le temps. Pour cela, il doit être non hydrophile, c'est à dire qu'ilne doit pas retenir l'eau. En cas de mouillage accidentel, il retrouve ses propriétés thermo-acoustiques après séchage.

A SAVOIR :

Un isolant en laine minérale est revêtu d'un pare vapeur sur l'une de ses deux faces. Cepare vapeur doit toujours être positionné du côté du volume chauffé, pour éviter tousrisques de condensation dans l'épaisseur de l'isolant.

Si la pose de deux couches d'isolant est nécessaire, la couche extérieure ne devra pasposséder de pare vapeur ou celui-ci sera rendu inefficace par lacération.

- RÉSISTANCE AU FEU : L'isolation joue également un rôle de protection des personnes par rapport au feu. Le matériauest caractérisé suivant deux critères.

D'une part la réaction au feu qui caractérise le matériau par rapport à l'alimentation d'unincendie : classes M0 (non combustible) à M4. Avec l'harmonisation européenne cesappellations deviennent Euroclasses A1 et A2 pour M0, et B, C, D, E pour M1 à M4.

D'autre part la résistance au feu qui traduit le rôle du matériau par rapport au feu : stable aufeu, pare-flamme ou coupe-feu. La laine de roche, du fait de son origine volcanique, neparticipe pas au développement d'un incendie.

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2. COEFFICIENT DE TRANSMISSION DES PAROISLa qualité de l'isolation d'une paroi est caractérisée par son coefficient de transmissionthermique surfacique : coefficient U exprimé en [W/(m2.K)] (anciennement appelé coefficient K).

Plus la paroi est isolée, plus son coefficient U est faible et plus sa résistance thermique R estélevée.

La résistance thermique est généralement indiquée sur les emballages des matériauxisolants : elle dépend du type d'isolant et de son épaisseur.

- FORMULES :

• La conductivité thermique λ (lambda) est fournie pour chaque matériau : valeurs publiéesdans les règles Th-U.

• La résistance thermique est calculée pour les différentes couches d'une paroi.

• Une résistance superficielle Rsup est ajoutée aux résistances des couches, en fonction dela position de la paroi, verticale ou horizontale, sur l'extérieur ou sur l'intérieur.

Le coefficient U est égal à l'inverse de la somme des résistances :

- Exemples :

• Valeurs de R et de U pour un mur en béton de 16 cm avec différentes épaisseurs d'isolant :

Constitution de la paroi Résistance R [m2.K/W] Coefficient U [W/(m2.K)]Béton sans isolation 0.250 4.00Béton avec 3 cm de laine minérale 1.000 1.00Béton avec 10 cm de laine minérale 2.750 0.36Béton avec 10 cm de polyuréthanne 3.583 0.28

Résistances superficiellesRsup en [m2K/W]

Paroi verticaleParoi horizontaleFlux ascendant

Paroi horizontaleFlux descendant

Paroi sur l'extérieur 0,17 0,14 0,21

Paroi sur l'intérieur 0,26 0,20 0,34

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3. ISOLATION DES PAROIS OPAQUES VERTICALES

- ISOLATION PAR L'INTÉRIEUR :

L'isolation par l'intérieur est réalisée le plus souvent par despanneaux composites préfabriqués en usine, constitués d'unisolant collé sur un parement en plaque de plâtre. Cescomplexes isolants sont collés sur le mur ou sont fixés sur destasseaux bois vissés dans le mur. Une autre solution consisteà placer l'isolant sur le mur, entre des rails métalliques parexemple, puis à réaliser une contre cloison avec des plaquesde plâtre vissées, des briquettes ou des carreaux de plâtre.

photo : Knauf

- ISOLATION PAR L'EXTÉRIEUR :

Il existe plusieurs procédés d'isolation des façades par l'extérieur.

• Les enduits minces sur isolant constituent une solution assez répandue dans l'individuel carils présentent un aspect extérieur identique à celui des enduits traditionnels. L'isolant,polystyrène ou laine minérale rigide, est collé sur le mur ou fixé mécaniquement (évite ledécapage) par profilés métalliques ou par des connecteurs en plastique. Un premier enduitcolle est appliqué, dans lequel un grillage métallique ou en fibres de verre est incorporé, puisviennent les enduits de finition et d'étanchéité.

• Les bardages ou bardures sont des plaques de parement rapportées sur un isolant collé ouvissé sur la façade, comme précédemment. Ce revêtement se présente sous toutes les formeset utilise tous types de matériaux, ardoises naturelles, tuiles en terre cuite ou en résinessynthétiques, plaques de fibres-ciment, de verre ou métalliques, clins PVC emboîtables, boisnaturel ou pierre mince reconstituée. La fixation se fait sur des tasseaux de bois ou des railsmétalliques eux-mêmes accrochés sur les supports de l'isolant.

• Les vétures ou vétages associent l'isolant à une "peau".Presque tous les matériaux des bardages cités précédemmentsont utilisés pour réaliser la peau. Les panneaux sont fixésindividuellement sur la façade ou sont emboîtés sur des rails.

Ces deux derniers procédés sont peu utilisés pour l'isolation dansl'habitat individuel.

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4. ISOLATION DES TERRASSESL'isolation des terrasses est toujours réalisée par l'extérieur. L'isolant, polystyrène extrudé,perlite expansé, laine de roche rigidifiée, … est choisi pour sa résistance à la compression.

- ISOLATION SOUS ÉTANCHÉITÉ :

Les panneaux sont posés sur la terrasse existante, après avoir retiré la protection lourde (dallesou gravillons), puis sont recouverts par un produit d'étanchéité avant remise en place de laprotection. Cette intervention est particulièrement recommandée lorsque l'étanchéité est àreprendre, car le surcoût de l'isolant seul est minime par rapport au coût des travauxd'étanchéité qui sont à réaliser de toutes façons.

Photos : Thermal Ceramics

A SAVOIR :

Une isolation intérieure collée en sous-face de la dalle est à proscrire sous peined'entraîner des dégâts importants (fissurations de la dalle, rupture de l'étanchéité)occasionnés par les chocs thermiques.

- ISOLATION AU-DESSUS DE L'ÉTANCHÉITÉ, DITE "TOITURE INVERSÉE" :

L'isolation des terrasses peut être réalisée par dessus l'étanchéité existante à condition quecelle-ci soit en parfait état. On utilise des plaques de polystyrène extrudé dont les propriétéssont la résistance à la compression et l'insensibilité à l'humidité pour résister aux cycles gel-dégel et au ruissellement de l'eau.

La protection lourde (gravillons ou dallage) est retirée provisoirement, les panneaux d'isolantsont posés par dessus l'étanchéité et sont recouverts d'un voile synthétique non tissé. Laprotection lourde est remise en place pour maintenir l'isolant en place.

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5. ISOLATION DES COMBLES

- COMBLES NON AMÉNAGEABLES (COMBLES PERDUS) :

L'isolation sera posée sur le sol des combles car la pose sous rampant nécessite plus desurface d'isolant et l'efficacité est moins bonne du fait des nombreuses infiltrations d'air quiexistent inévitablement.

. LAINE DE VERRE DÉROULÉE :

L'isolant est posé en deux couches croisées pour une meilleureefficacité. Si les solives sont apparentes, la première couche delaine minérale en plaques ou en rouleaux, est découpée à lalargeur adaptée pour être posée entre les solives avec le parevapeur vers le bas (côté volume chauffé). La deuxième coucheest posée perpendiculairement à la première et n'est paséquipée de pare vapeur. Dans le cas de la pose d'une seulecouche (à déconseiller car l'épaisseur sera trop faible) celle-ciest posée perpendiculairement aux solives en "collant" à lastructure.

. PROJECTION DE LAINE MINÉRALE EN VRAC :

Lorsque le plancher des combles est inaccessible, la solutionconsiste à souffler des flocons de laine minérale, à partir de latrappe d'accès ou par le toit, après dépose de quelques tuiles. Lapréoccupation majeure est de réaliser une couche bien uniformeet d'éviter, par une ventilation trop importante des combles, queles flocons soient déplacés dans le temps. D'autres produits envrac peuvent être déversés sur le plancher, fibres de cellulose,vermiculite, granulats de verre expansé, copeaux de mousse depolychlorure de vinyle, en prenant toujours la précaution deréaliser une épaisseur uniforme et durable.

. COMBLES AMÉNAGÉS (OU AMÉNAGEABLES) :

L'isolation sera réalisée sous les rampants de toiture.

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. LAINE MINÉRALE AGRAFÉE :

La laine minérale utilisée pour cette application se présentegénéralement en rouleaux. Elle est revêtue sur une face d'unpapier kraft ou aluminium pare vapeur dont la largeur estsupérieure à celle de l'isolant, ménageant ainsi deuxlanguettes qui permettent un agrafage sur les chevrons.L'épaisseur de la laine minérale est au maximum celle deschevrons moins 3 cm afin de conserver une lame d'airsuffisante entre la couverture et l'isolant. Dans le cas contraireon augmente l'épaisseur des chevrons en leur appliquant deslisses ou taquets vissés. Un contre chevronnage réaliséperpendiculairement à l'existant permet de rajouter unedeuxième couche d'isolant. La finition est obtenue par desplaques de plâtre préfabriquées cartonnées ou directement parun habillage décoratif (clins PVC, frisette, …).

. PANNEAUX COMPOSITES PRÉFABRIQUÉS :

Les panneaux préfabriqués en usine et composés d'un isolant(polystyrène, polyuréthanne ou laine minérale) collé sur unparement (plâtre généralement) sont cloués ou vissésdirectement sur les chevrons. On utilise les mêmes produitsque pour l'isolation par l'intérieur des murs.

Si l'épaisseur des chevrons est suffisante, une premièrecouche de laine minérale peut être agrafée entre chevronsavant la pose des panneaux.

A SAVOIR :

Il faut ménager un espace de 3 cm au minimum entre l'isolant et les tuiles, afin ded'assurer aux matériaux constitutifs de la couverture (tuiles et supports) un boncomportement dans le temps.

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6. ISOLATION DES PLANCHERSLes planchers sur l'extérieur ou sur les locaux non chauffés sont isolés en sous-face.

. ISOLATION EN FAUX-PLAFOND :

Cette solution consiste, lorsque la hauteur sous plafondle permet, à réaliser un faux-plafond suspendu, au-dessus duquel la laine minérale est placée. La naturedu faux-plafond est fonction de la destination du localnon chauffé ou de l'emplacement du local ou dupassage ouvert sur l'extérieur : plaque isolanteslégères, plâtre cartonné, bois aggloméré ou frisettes.

photo : Knauf

. ISOLANT AVEC PAREMENT VISSÉ EN SOUS-FACE DU PLAFOND :

Les panneaux rigides préfabriqués en usine sontcomposés d'un isolant, généralement du polystyrène,recouvert d'une plaque de fibragglo (panneaux defibres de bois agglomérées) ou pris en sandwich entredeux plaques. Ces produits sont aussi utilisés en fondde coffrage de plancher dans la construction neuve. Onpeut également utiliser les mêmes produits que pourl'isolation intérieure des murs, avec une face lisse enplâtre.

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7. PAROIS VITRÉESLe caractère isolant des parois vitrées est obtenu à la fois par la nature du vitrage et par lematériau constituant l'encadrement.

Les parois vitrées "isolantes", fenêtres ou portes-fenêtres, sont équipées de doubles vitrages.La résistance au passage de la chaleur est obtenue par la lame d'air ou de gaz (argon oukrypton) emprisonnée entre les deux vitrages et par le traitement éventuel d'une des faces duvitrage (VIR : vitrage à isolation renforcée). L'épaisseur de la lame d'air ou de gaz peut varierde 6 à 20 mm.

L'encadrement des parois vitrées est généralement réalisé par du PVC, du bois ou du métal(aluminium).

Le PVC (polychlorure de vinyle) est le plus utilisé, plus de la moitié du marché, car il nenécessite aucun entretien. De plus, les menuiseries PVC peuvent être appliquées sur lesdormants existants, évitant ainsi tous les travaux annexes de finition (enduit de raccord, papierpeint, …).

Le bois est un isolant naturel et les menuiseries en bois se situent entre le PVC et l'aluminiumpour leurs qualités thermiques. Elles sont les seules autorisées dans certains cas deréhabilitation, mais il faut penser qu'elles nécessitent un entretien régulier, lasure ou peinturetous les 3 à 5 ans.

L'aluminium, constituant la plupart des menuiseries métalliques modernes, est plus durabledans le temps que ses concurrents, mais il est également plus cher. Il convient plutôt auxmenuiseries des bâtiments tertiaires où de grandes surfaces vitrées sont mises en œuvre.

Les baies vitrées sont certifiées NF ou CSTBat et ACOTHERM pour les fenêtres nontraditionnelles faisant l'objet d'un Avis Technique. Les performances certifiées sont laperméabilité à l'air (A),l'étanchéité à l'eau (E) et la résistance au vent (V), avec un indice de 1à 3 (meilleure qualité). Les critères A, E et V sont définis dans la norme NF P 20-302.

Les doubles vitrages apportent également une amélioration sur le plan du confort. Ils ont poureffet d'augmenter la température de la face intérieure de la baie vitrée, ce qui supprime lasensation de "paroi froide" pour l'occupant placé près de celle-ci.

Les doubles vitrages apportent aussi une isolation acoustique. Ils sont alors constitués de deuxvitres d'épaisseurs différentes dont la plus épaisse est placée du côté extérieur : le coefficientde transmission thermique n'est pas affecté. Il faut bien sûr que l'étanchéité à l'air soitsoignée, ce qui est le cas pour les fenêtres neuves.

Coupe d'un vitrage double

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Les doubles vitrages à isolation thermique renforcée (VIR ou vitrages peu émissifs) sontconçus pour éviter que la chaleur ne s'échappe vers l'extérieur : efficacité maximale en hiver.

Au contraire, les vitrages de contrôle solaire sont traités pour réfléchir le rayonnement du soleilvers l'extérieur et diminuer les apports de chaleur : efficacité maximale en été. L'isolationthermique de ces derniers est cependant très performante, mais ils sont plutôt destinés auxbâtiments tertiaires climatisés.

Quelques exemples de coefficients de transmission thermique U de baies vitrées (extraits desRègles Th-U, sauf fenêtre à vitrage simple) :

(ε = 0.2 , émissivité)

Type devitrage

Type demenuiserie

GazIsolationrenforcée

U [W/(m2.K)]valeurs

moyennesNature du gazEpaisseur

[mm]

simple bois - - sans 4.95

double bois air 10 sans 3.00

double bois air 12 sans 2.90

double PVC air 12 sans 2.70

double alu argon 18 sans 2.70

double PVC air 12 VIR (ε=0.2) 2.20

double PVC argon 12 VIR (ε=0.2) 2.10

D . 1.3 - CHAUFFAGEÉLECTRIQUE : GESTION DEL’ÉNERGIE

1. PRÉAMBULELa gestion de l’énergie fait partie des actions importantes à réaliser dans des programmes deMDE. Elle permet à la fois de diminuer les consommations d’énergie, de déplacer des appelsde puissance et d’accroître le confort de l’utilisateur. De ce fait, le comportement desutilisateurs ne doit pas être ignoré dans l’estimation, à priori, des résultats attendus par la miseen œuvre de telles solutions. En effet les personnes qui géraient manuellement leur chauffageavant l’opération, profiteront de l’accroissement du confort, mais l’impact énergétique de laMDE sera inférieur aux prévisions.

2. LE CHAUFFAGE ÉLECTRIQUE DIRECTLe chauffage électrique direct utilise l'effet Joule, c'est à dire qu'il est réalisé sur le principede l'échauffement d'une résistance. Il s'agit des convecteurs, des panneaux radiants, sèche-serviettes, des accumulateurs, des plafonds ou planchers rayonnants, des cassettes, desinfrarouges, …

Les émetteurs à effet Joule pour le chauffage électrique direct sont les suivants :

• Les convecteurs sont des appareils à carrosserie métallique dans lesquels l'air circule debas en haut, par convection naturelle, en se réchauffant au contact d'une résistanceélectrique. Les convecteurs actuels ont une sortie d'air frontale et une régulationperformante (thermostat de catégorie B de la marque NF Electricité Performance).

• Les panneaux radiants sont constitués d'une carrosserie métallique dont la face avant estune grille métallique ou une plaque de verre. L'élément chauffant est une plaque métalliquequi assure une émission par rayonnement pour environ 40 % de la puissance, le reste étantémis par convection.

• Les cassettes rayonnantes et les panneaux rayonnants à infrarouge atteignent destempératures très élevées (de 200 °C pour les premiers jusqu'à plus de 2000 °C pourl'infrarouge court). Leur usage est plutôt réservé aux locaux tertiaires et industriels, auxlocaux de grands volumes (églises par exemple), lorsqu'il faut chauffer instantanément lespersonnes sans réchauffer l'air et généralement pour un laps de temps assez court.

• Les films chauffants sont composés d'une résistance électrique noyée entre deux finescouches de polyéthylène. Ces films sont déroulés au-dessus de la plaque de plâtreconstituant le plafond et sont recouverts par un isolant qui favorise l'émission vers le bas.

• Les panneaux de plafond chauffants et les panneaux rayonnants modulaires (PRM)fonctionnent sur le même principe que précédemment, mais ce sont des plaquespréfabriquées de tailles et de formes identiques aux plaques de faux-plafond. Ces panneauxéquipés d'un film chauffant alternent avec les plaques de faux-plafond classiques, enfonction des besoins de chaleur du local.

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3. LA RÉGULATIONLa régulation est réalisée par des thermostats incorporés aux émetteurs. Un thermostat muralpeut commander plusieurs émetteurs d'une zone homogène.

Un thermostat d'ambiance est destiné à réguler la température par une action tout ou rien. Ladétection de température est assurée par un élément sensible utilisant la variation d'unerésistance, pour les thermostats électroniques, ou la dilatation de solides (ou de la vapeur, oud'un liquide), pour les thermostats électromécaniques.

Les thermostats électroniques ou électromécaniques admis à la marque NF Electricité,catégorie B, sont caractérisés par une sensibilité inférieure à 1 degré et par une dérive encharge inférieure à 2,5 degrés. Pour la catégorie C, qui correspond à l'ancien marquageElexence, la sensibilité est inférieure à 0,5 degré et la dérive inférieure à 1,5 degré.

La dérive est la variation de la température ambiante constatée face à des variations decharge, pour une consigne identique.

La sensibilité (appelée aussi amplitude ou différentiel) est l'amplitude des oscillations detempérature qui encadrent la valeur de consigne.

Nota : Le différentiel statique caractérise l'amplitude entre les températures dedéclenchement/enclenchement du thermostat. L'amplitude réelle des températures,supérieure à la précédente du fait de l'inertie du système de chauffage, est le différentieldynamique.

Le thermostat mural sera placé de préférence sur une paroi intérieure, en dehors des sourcesde chaleur telles que l'ensoleillement, les lampes, les émetteurs, … et en évitant les zones àcourants d'air, bouches d'aération, de ventilation, couloirs à passages fréquents, …

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CRITÈRES DE CHOIX

La gamme des thermostats et thermostats programmables est très étendue. Le choix estréalisé en fonction de différents paramètres tels que :

• fonctionnement : électromécanique ou électronique,

• précision du différentiel : catégorie B ou C,

• alimentation électrique et commande : 2, 3 ou 4 fils,

• commande : fil pilote, courant porteur, transmission radio,

• intermittence : avec ou sans horloge,

• horloge : affichage à aiguilles ou digital,

• horloge : journalière, hebdomadaire, annuelle,

• contrôle automatique : un, deux ou trois niveaux de température,

• zonage : une ou plusieurs voies,

• programmes : fixes préétablis ou accessibles, …

4. LA PROGRAMMATIONLa programmation permet de réaliser automatiquement, sans action manuelle, l'arrêt, la miseen ralenti ou le maintien hors gel des locaux. Les programmateurs équipent les émetteurs(thermostats programmables), ou un local représentatif d'un groupe de locaux(programmateurs de zone), ou une tête de distribution (interrupteur programmable ou limiteur).La programmation est journalière, hebdomadaire ou annuelle suivant les besoins.

En chauffage individuel, les émetteurs sont généralement équipés d'un thermostatprogrammable intégré. Dans le cas contraire, les émetteurs non programmables peuvent êtrecommandés par un thermostat programmable de zone, placé dans un local à températurereprésentative de la zone. Les programmateurs de zone agissent sur les émetteurs par filpilote, courant porteur ou liaison radio, mais les convecteurs doivent être équipés du récepteuradapté.

Le limiteur d'énergie réalise une régulation de type chronoproportionnel en fonction del'extérieur. Le principe est de doser l'énergie électrique délivrée aux émetteurs en fonction dela température extérieure : fonctionnement de 0 à 100% d'une période de temps, 100 % pourdes températures extérieures très basses, quelques pour cents pour des températuresclémentes. La coupure totale peut être programmée lorsqu'un seuil de température extérieureest dépassé. Ce système évite les surchauffes liées au mauvais réglage des thermostats.

Les températures de chauffage sont fixées par les décrets du 3 décembre 1974 et du 22octobre 1979 :

• en période d'occupation : température moyenne de l'ensemble des locaux du bâtiment de19 [°C], aucun local ne devant dépasser 22 [°C],

• en inoccupation de 24 à 48 heures : 16 [°C],

• en inoccupation de plus de 48 heures : 8 [°C].

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CRITÈRES DE CHOIX

L’absence de qualification des matériels donne lieu à une offre abondante et très diversifiée.Pour faciliter le choix du matériel, on propose de s’appuyer sur les critères ci-après :

• le nombre de voies : il correspond au nombre de zones que l’on peut piloter distinctement.On rappelle qu’il est judicieux de prévoir au moins deux zones en chauffage électrique,

• période de programmation : elle correspond à l’intervalle de temps durant lequel s’écoule leprogramme. En maison individuelle, le programme hebdomadaire semble le plus indiqué,

• la réserve de marche : c’est la durée pendant laquelle le programmateur conserve sesparamétrages en l’absence d’alimentation. Dans le cas de maisons individuelles isolées etsoumises à d’éventuelles perturbations du secteur, il est souhaitable de disposer d’uneautonomie minimale de 72 heures,

• la résolution de la commande : elle correspond au pas de temps minimum de laprogrammation. La minute n’est pas représentative mais il ne faut cependant pas excéderl’heure,

• l’intervalle de commutation : c’est le temps minimum entre deux commutations successives.Il ne doit pas être trop court (une intermittence inférieure à une heure n’est pas significative)mais ne doit pas excéder 2 heures pour répondre aux besoins de l’utilisateur,

• le nombre de commutations : c’est le nombre maximal de changement de régimeacceptable par le programmateur. Il est conseillé de disposer d’au moins 3 périodes deconfort par jour et par voie,

• les dérogations : il est impératif de disposer de commandes de dérogations qui permettentde modifier un régime sans avoir à modifier le programme. De plus, cette dérogation doitêtre provisoire, c’est-à-dire s’annuler automatiquement après son exécution,

• la visualisation : l’appareil doit permettre à tout moment de visualiser les informationsessentielles nécessaires à la compréhension de la situation présente (heure, jour,programme et régime en cours, dérogation éventuelle).

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5 . LES COMPTEURSLes compteurs électroniques remplacent désormais les compteurs électomécaniques à disqueavec afficheur à rouleau. Ces compteurs d ’énergie électrique offrent de nombreux avantages :

• possibilité de relevé des consommations à distance par EDF,

• affichage de nombreuses informations : option tarifaire choisie, puissance souscrite,puissance instantanée utilisée, puissance maximale atteinte, période tarifaire en cours,…

• sorties relais intégrées permettant un asservissement tarifaire des charges.

Par exemple, en option tempo, certains compteurs électroniques multi-tarif pour réseaumonophasé intègrent deux relais et proposent un choix de 3 programmes pour le relais dédiéà l’eau chaude sanitaire (voir tableau ci-dessous) et 8 programmes pour le relais dédié auchauffage.

Les cases ombrées correspondent au contact fermé.

La sortie téléinformation est utilisée pour la transmission d’informations tarifaires : contactstarifaires, puissance instantanée,… à l ’usage des délesteurs, gestionnaires d ’énergie etindicateurs de consommation.

Elle se raccorde en 2 fils non polarisés, elle est réalisée en câble téléphonique (paire torsadée).

Plusieurs appareils peuvent être raccordés en parallèle sur la sortie.

Les appareils qui se raccordent au compteur électronique via la sortie téléinformation doiventporter le marquage attestant de leur compatibilité avec cette sortie.

Par ailleurs, ils comportent en face avant un voyant de signalisation de l ’état de la liaisontéléinformation :

• voyant allumé = fonctionnement normal,

• voyant clignotant = défaut de liaison,

• voyant éteint = absence d ’alimentation.

En cas de clignotement du voyant, il convient de vérifier si la sortie a été « déverrouillée » parEDF.

PROGRAMMECOMPTEUR

BLEU BLANC ROUGE

HC HP HC HP HC HP

EAU 1

EAU 2

EAU 3

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D . 1.4 - PANNEAUXRADIANTS, CHAUFFAGEÉLECTRIQUE PAR LE SOLRÉGULATEURS DÉDIÉS

1. PRÉAMBULELe corps humain est plus sensible à la chaleur rayonnée qu'à la chaleur convective.L'amélioration du confort résultant du remplacement de convecteurs par des émetteursrayonnants (panneaux ou plancher), peut donc engendrer des économies d'énergie.

La décomposition entre émetteurs posés et émetteurs intégrés est importante du point de vuede la régulation car :

• les émetteurs posés sont équipés d’organes de régulation : thermostat incorporé auxconvecteurs et aux panneaux rayonnants,

• les émetteurs intégrés au bâti n’en sont pas dotés, il convient par conséquent de prévoir unthermostat d’ambiance,

• Les émetteurs intégrés au bâti constituent la version 2 de Vivrelec. Les planchers rayonnantsélectriques (PRE) sont les plus couramment installés.

Ces émetteurs présentent les atouts suivants :

• libération de l’espace au sol,

• amélioration du confort : chauffage par rayonnement, basse température,

• pour les planchers chauffants, suppression des sols froids en RDC.

2. LES PANNEAUX RAYONNANTSLes panneaux rayonnants émettent de la chaleur par rayonnement en face avant et parconvection. La fraction émise par rayonnement en face avant est comprise entre 20 et 25%de la puissance totale.

Le transfert par rayonnement s’effectue sans intermédiaire matériel, contrairement à laconvection où l’air est chauffé. Le transfert est effectif lorsque le rayonnement atteint unesurface ou un corps absorbant.

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LES PANNEAUX RAYONNANTS OUVERTS

L’émetteur est placé dans une enveloppe métallique et protégé par une grille ou une tôleperforée.

LES PANNEAUX RAYONNANTS FERMÉS

• à circulation de liquide : l’élément chauffant est une résistance électrique thermoplongeante.

• émetteur enfermé dans une enveloppe : l’élément chauffant est constitué de résistancesblindées placées dans une enveloppe complètement fermée.

• panneaux en matière minérale telle que marbre ou roche de lave. Leurs principalescaractéristiques sont : inertie importante, esthétique, prix élevé.

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3. LES PLANCHERS RAYONNANTS ÉLECTRIQUESLes planchers rayonnants électriques (PRE) sont constitués de câbles chauffants directementposés sur un isolant thermique et recouverts par une dalle de béton ou une chape de mortierde faible épaisseur (de 5 cm maximum). L ’ensemble repose sur la dalle support.

La température de surface de sol doit être inférieure à 28 °C (arrêté du 23 juin 1978).

Les PRE sont caractérisés par une faible inertie. Toutefois, sur de courtes périodes, lesabaissements de température sont inférieurs à 2K.

La puissance est de 1,2 fois les déperditions de la pièce avec un maximum de 95 W/m2.

Les planchers rayonnants doivent être mis en œuvre conformément aux exigences du Cahierdes Prescriptions Techniques Communes CPT PRE 06/96 de juin 1996 « Chauffage parplancher rayonnant électrique ».

Les câbles doivent faire l ’objet d’avis techniques.

Les étapes successives de mise en œuvre sont :

• pose de l ’isolant sur le plancher support,

• pose des câbles,

• contrôle du fonctionnement électrique,

• coulage de la chape de 4 à 5 cm,

• pose du revêtement de sol.

Les câbles sont livrés en couronne, en trames préformées ou en trames préformées sur treillisen plastique.

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4. LE RÉGULATEUR CHRONOPROPORTIONNELLe régulateur chronoproportionnel en fonction de la température extérieure fonctionne selonle mode de la boucle ouverte. Dans le secteur résidentiel individuel, il est principalementutilisé pour piloter des chauffages à accumulation. Dans une moindre mesure, on l’utilisecomme un “garde-fou” par rapport à une mauvaise utilisation du chauffage (fenêtres ouvertes,surventilation).

Le fonctionnement est comparable à celui du thermostat de type “P”. La différence essentiellerepose sur la bande proportionnelle qui se transforme en un écart (ou une pente)correspondant à la couverture thermique que représente le chauffage piloté par le régulateur.

On classe les appareils selon le nombre de lois de régulation : “simple pente” pour une loi et“double pente” pour deux lois. Dans le cas des chauffages à accumulation, les lois sontsynchronisées avec les signaux tarifaires.

Trois réglages sont à réaliser sur ce type de matériel :

• LA CONSIGNE : elle correspond à la valeur de la température extérieure pour un fonctionnement à 0 % duchauffage concerné (par exemple, pour les planchers chauffants à accumulation, cettetempérature est de l’ordre de 12 °C).

• L’ÉCART OU LA PENTE : c’est la différence de température extérieure pour un fonctionnement de 0 et 100 %. Parexemple : dans le cas d’une consigne réglée à 12 °C (correspondant à 0 % de chauffage), sil’écart est de 10 °C, alors à 12 – 10 = 2 °C le chauffage fonctionnera à 100 %.

• LA BASE DE TEMPS : elle doit être adaptée en fonction du type d’actionneur : quelques minutes pour descontacteurs statiques et de 5 à 10 min pour les contacteurs électromécaniques.

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QUELQUES RECOMMANDATIONS :

• LE CHOIX :

il n’existe pas de qualification pour ce type de matériel. En outre, la sélection d’un appareil estlié à l’étude thermique (par exemple, on n’installe pas un régulateur “double pente” si ledimensionnement du chauffage à accumulation est prévu uniquement pour un fonctionnementen heures creuses).

• L’EMPLACEMENT :

le régulateur est généralement installé dans le tableau électrique. La position de la sondeextérieure est importante tant du point de vue du confort à assurer que du résultatéconomique. Il est recommandé de l’installer au nord ou à l’est en évitant des influencesnéfastes (bouches de ventilation, cheminées, etc.).

Régulateur de température extérieure pour installation de plancher chauffant à accumulation. (Photo Flash)

Il est associé à une sonde de température de sol.

Certains régulateurs pour planchers chauffants intègrent une fonction de limitation de latempérature de sol afin de couper l’alimentation électrique en cas de surchauffe de la dalle.

La sonde est généralement placée dans un fourreau situé dans le plan des câbles chauffants,entre deux spires. Le seuil limite de température réglable en face avant du régulateur est alorscompris entre 30 et 35°C.

Cette valeur est parfois préréglée sur certains appareils.

Notons que la valeur limite de température de sol varie de 28 °C si l’on considère latempérature de surface du sol à environ 40 à 45 °C si l’on considère la température au niveaudu câble chauffant.

Les autres paramètres réglables en face avant du régulateur présenté ci-dessus sont :

• la consigne (réglable de 5 à 25 °C),

• l’écart (réglable de 0 à 40 °C),

• la base de temps (réglable de 30 sec. à 10 min.).

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5. LE RÉGULATEUR DOUBLE PENTEDans certains cas, la puissance instantanée du chauffage de base n ’est pas prévue pour lesbesoins des périodes les plus froides au moyen de l ’accumulation en heures creuses seule.

Les planchers chauffants doivent alors être alimentés en dehors des heures creuses, durantles heures pleines. On parle alors de relance de jour. Le régulateur est dit à double pente.

Une telle solution est utilisée pour des régions froides, comme en montagne.

Une première pente détermine la puissance du chauffage durant les heures creuses et laseconde durant les heures pleines. Cette dernière n ’est utilisée que lorsque la quantité dechaleur apportée par la première n ’est pas suffisante pour satisfaire les besoins journaliers.

Il faut tenir compte des durées durant lesquelles la puissance est fournie, en heures creuseset en heures pleines, pour paramétrer les pentes

Les régulateurs à double pente nécessitent de paramétrer deux lois linéaires définies par :

• la consigne heures creuses (température extérieure nocturne d ’arrêt du chauffage)

• l’écart heures creuses qui représente l’apport maximal que peut fournir le plancher pour unfonctionnement à 100 % durant les heures creuses (8 heures dans la journée).

8/24 x P/D x DT

• la consigne heures pleines (température extérieure diurne pour un fonctionnement à 0 %)

• l’écart heures pleines qui représente l’apport maximal que peut fournir le plancher pour unfonctionnement à 100 % durant les heures pleines (16 heures dans la journée).

16/24 x P/D x DT x aP/D représente le rapport entre la puissance du plancher et lesdéperditions, DT la différence entre la consigne d ’ambiance et la température extérieure debase et a le coefficient de relance.

Note : Certains appareils utilisent parfois les termes « nuit » et « jour » pour désigner les lois.Ces appellations sont devenues impropres depuis la définition des heures creuses dans latarification.

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D . 1.5 - CHAUFFAGEÉLECTRIQUE & BOIS-ÉNERGIE

La solution « chauffage électrique + bois » consiste à associer un chauffage électrique (parconvecteur) à un foyer fermé, un insert ou un poêle situé dans la zone de vie (salon, salle à manger).Le chauffage de la zone de sommeil (chambres) est assuré essentiellement par le chauffageélectrique. Parallèlement, il est recommandé d’opter pour un tarif bleu avec l’option tempo.

1. LES APPAREILS DIVISÉS DE CHAUFFAGE AU BOIS

1.1 LES FOYERS FERMÉS ET LES INSERTS :

Ces appareils améliorent le rendement des cheminées traditionnelles. La température desproduits de combustion est supérieure à celle des foyers ouverts. Les conduits traditionnels nesont pas toujours adaptés à ces niveaux de température. Le branchement d’un de cesappareils sur un conduit ne doit donc être réalisé qu’après consultation d’un professionnel quicontrôlera le conduit de fumées.

Les foyers fermés :De manière simplifiée, il s’agit d’un poêle que l’on fixe sur un conduit de fumée. Le tout esthabillé par une cheminée décorative. Le dispositif assure, grâce à des orifices situés en baset en haut de l'habillage, une circulation de l'air ambiant qui se réchauffe au contact del'appareil.

Les inserts :Ces appareils sont destinés à équiper des foyers ouverts existants. Ils sont encastrables etéquipés d'origine d'une double peau assurant la circulation de l'air ambiant autour del'appareil et permettant ainsi le transfert de chaleur.

Les foyers fermés peuvent atteindre des rendements de l’ordre de 70%.

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1.2 LES POÊLES :

Le poêle à bois, de par sa taille et les matériaux employés, procure un chauffage direct de lapièce par convection et rayonnement.

Les poêles de base :Ils ont des performances assez faibles et notamment un rendement compris entre 40 et 50 %.Ils sont à réserver au chauffage intermittent de petits locaux.

Les appareils à combustion améliorée :Les progrès réalisés permettent d'obtenir aujourd'hui des appareils peu polluants et ayant detrès bons rendements. L’innovation principale concerne la multiplication des arrivées d’air. Unearrivée d’air secondaire préchauffée permet de récupérer la chaleur des fumées et d’obtenirune combustion plus complète. Les rendements atteignent souvent 70%.

Les poêles de masse :Ces appareils sont conçus à partir de matériaux ayant la propriété d'accumuler la chaleur telsque la faïence, les briques réfractaires ou certaines roches volcaniques. Ils permettent unstockage rapide de la chaleur produite par la combustion du bois et une restitution progressivesuivant les besoins, principalement par rayonnement. Les rendements varient de 70 à 85%.Le fonctionnement par accumulation permet d’assurer une autonomie longue. Dans ce cas, ilfaut s’assurer que le poids de l’appareil (plusieurs centaines de kilos) pourra être supporté parla structure.

Les poêles à granulés :Ces appareils sont relativement récents. Ils ne brûlent pas du bois mais des granulés (sciureagglomérée) qui permettent un fonctionnement automatique du poêle, voire une régulationthermostatique. Ces poêles sont en général plus chers que les poêles classiques. Lecombustible est aussi plus cher et il faut s’assurer de sa disponibilité.

Tous les appareils de chauffage au bois nécessitent pour leur fonctionnement une entrée d’airneuf supplémentaire pour l’apport d’air de combustion. Dans les foyers fermés, cet apportd’air neuf peut être directement réalisé dans le foyer. Sinon une ouverture supplémentairedevra être prévue à proximité du foyer (se reporter aux préconisations du constructeur).

Les foyers fermés de cheminée doivent respecter le décret du 22 octobre 1993 relatif à lasécurité des consommateurs.

Les normes NF EN 13229 (foyers ouverts et inserts) et NF EN 13240 (poêles) définissent desclasses de performance (rendements et émissions de monoxyde de carbone) pour lesmatériels concernés :

• Classe 1 : appareils dont le rendement est supérieur à 70%,

• Classe 2 : appareils dont le rendement est compris entre 60% et 70%,

• Classe 3 : appareils dont le rendement est compris entre 50% et 60%.

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2. LOGIQUE DE FONCTIONNEMENT

L’appareil de chauffage au bois est installé dans la zone de vie. La journée il peut assurer latotalité du chauffage de la zone ainsi qu’une part des besoins des autres zones, suivant lagéométrie de l’habitation. Pour assurer une diffusion de la chaleur dans toute l’habitation,certains appareils peuvent être équipés d’une diffusion de l’air réchauffé par l’appareil via desgaines et un ventilateur.

La nuit, l’appareil est réglé sur une vitesse réduite qui permettra, s’il est à fonctionnementcontinu de redémarrer le matin simplement en rechargeant l’appareil.

Ces appareils sont parfaitement adaptés à un couplage avec le tarif tempo d’EDF. Les joursfroids, l’appareil de chauffage au bois est utilisé en priorité par rapport aux convecteursélectriques.

3. LE COMBUSTIBLE BOIS

Un stère de bois correspond à 1 m3 en bûches de 1 mètre.

Le bois doit être sec (environ 20% d’humidité) car un bois humide entraîne des rendementsplus faibles et un encrassement important de l’appareil et du conduit (bistrage).

Le pouvoir calorifique d’un stère varie en fonction de l’humidité, de l’essence et du diamètredes bûches. Un stère correspond en moyenne de 2 000 à 4 000 kWh (hors rendement).

Le prix d’un stère : varie en fonction de la région d’approvisionnement, de son essence et deson conditionnement. Un prix moyen indicatif de 45 E TTC/stère peut être retenu.

4. RÉFÉRENCES

Le label Flamme Verte qualifie les appareils de chauffage domestique au bois les plusperformants. Il est fondé sur une charte d'engagement des constructeurs et se traduit par uneétiquette apposée sur les appareils. Les constructeurs signataires de la charte flamme vertesont référencés sur le site : www.flammeverte.com.

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D . 1.6 - CHAUFFAGE AVECPOMPE À CHALEUR

1. PRÉAMBULELa pompe à chaleur - PAC est un appareil permettant depuiser de l’énergie gratuite d’une source de chaleurinépuisable et propre et de la porter à un autre volume dontle niveau de température est plus élevé. L’intérêt de cetappareil réside dans le fait que la quantité d'énergieconsommée est généralement faible par rapport à laquantité de chaleur dégagée. L’usage de PAC en chauffagepermet d’économiser jusqu’au 70% de consommationélectrique en comparaison avec le chauffage traditionnel.C’est pourquoi depuis 1974 les pompes à chaleur figurenten bonne place dans tous les traités d'économie d'énergie.

Le principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur esten tout point semble à celui d’une machine frigorifiquebasée sur le cycle thermodynamique de Carnot. On trouveainsi toujours dans les pompes à chaleur les quatre mêmescomposants principaux : Compresseur, Détendeur, Evaporateur et Condenseur dans lesquelscircule le fluide frigorigène. Les PAC réversibles peuvent donc assurer aussi les besoins declimatisation en été.

Suivant les disponibilités de source de chaleur en contact avec l’évaporateur et le mode dechauffage hydraulique ou aéraulique pour le côté du condenseur, les systèmes de PAC sonttrès variés. Toutefois, nous pouvons distinguer au moins les 6 systèmes courants classés dansle tableau suivant.

Milieu en contact avec l’évaporateurMilieu en contact avec le condenseur

Air Eau

Air/Environnement PAC air-air PAC air-eau

Eau/Eau de surface/Nappe phréatique PAC eau-air PAC eau-eau

Sol/Terre PAC sol-air PAC sol-eau

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photo : Stiebel Eltron

2. SOURCES DE CHALEURLe choix d’une source de chaleur adéquate constitue un élément de première importance dansla rentabilité d’une pompe à chaleur. L’air, l’eau et le sol sont les principales sources quiemmagasinent une grande quantité de chaleur, inépuisable et propre, sans cesse renouveléepar le soleil ou l’eau de pluie. C’est cette énergie prélevée gratuitement dans la nature qui sertà chauffer le logement à un coût très avantageux.

2.1 L’EAU :

La chaleur est prélevée dans une nappe phréatique, un lac, une réserve d’eau ou encore uncours d’eau. En moyenne annuelle, la température d’eau de la nappe phréatique se situe entre8°C et 10°C ce qui est très avantageux pour servir de source de chaleur à une pompe àchaleur permettant de couvrir la totalité du besoin thermique sans aucun chauffage desubstitution. Par contre, l’utilisation de l’eau de surface telle que l’eau de lac ou de rivière n’estpas toujours assurée : il y a un risque de gel lors des périodes hivernales qui entraîne l’arrêtdu système quand la température de l’eau de surface est basse, passant en dessous de celled’arrêt pour les pompes à chaleur.

2.2 L’AIR EXTÉRIEUR :

Dans ce cas, l’air extérieur constitue une source de chaleur universelle qui cède directementde l’énergie thermique à l’air intérieur. C’est à cette catégorie qu’appartiennent la majorité declimatiseurs individuels en monobloc ou split-system capables aussi de produire de la chaleur,en inversion de cycle. Plus la température extérieure diminue, plus le COP d’une pompe àchaleur chute alors que le besoin calorifique est plus important. Pour éviter d’utiliser un groscompresseur qui assurerait la totalité des besoins de chauffage, il vaut mieux prévoir unchauffage d’appoint.

Le COP réel est le rapport « quantité de chaleur évacuée au condenseur / quantité d’énergietotale absorbée par l’installation thermodynamique ».

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2.3 LE SOL

Le sol peut également servir de source de chaleur provenant de l’ensoleillement et de la pluieet aussi de phénomène de convection avec l’air extérieur. Il existe deux solutions, soit le réseauserpentin de tubes est déroulé à faible profondeur (de 0,6 m à 1,2 m) dans le sol si la surfacedu terrain est suffisante ; c'est à dire une surface de terrain disponible d'environ 1,5 fois lasurface à chauffer, soit les capteurs sont enterrés verticalement.

3. MODE DE CHAUFFAGE

3.1 CHAUFFAGE AÉRAULIQUE PAR L’AIR

Dans ce mode de chauffage, la pompe à chaleur fonctionne à détente directe et l’air intérieurdu logement est chauffé par la diffusion d’air directe de l’unité intérieure de la pompe àchaleur ou par l’intermédiaire d’un réseau de conduits aérauliques relié au système centralisé.L'unité intérieure est placée dans les combles, dans un garage, dans un faux plafond ouencore dans un placard. Un thermostat par pièce permet de régler la température selon lesbesoins. Ce système à air présente également l'avantage de filtrer l'atmosphère intérieure etde la déshumidifier en été. Le fonctionnement du compresseur se fait en tout ou rien, ledimensionnement du système doit permettre d’accumuler de la chaleur et d’éviter desfluctuations importantes de température.

3.2 CHAUFFAGE HYDRAULIQUE PAR L’EAU CHAUDE

Le système hydraulique est le plus fréquemment pratiqué en France. Le plancher chauffant ourafraîchissant, les ventilo-convecteurs et les radiateurs à basse température sont les modesd’émission souvent utilisés avec la pompe à chaleur.

Le plancher chauffant est particulièrement adapté aux maisons individuelles neuves. Unréseau de canalisations invisible placé dans une chape pouvant recevoir différentsrevêtements de sols (le carrelage est le revêtement le mieux adapté) parcourt l'ensemble dulogement dans lequel circule de l'eau chaude issue de la pompe à chaleur.

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Les ventilo-convecteurs peuvent être aussi utilisés comme corps de chauffe alimentés en eauchaude par la pompe à chaleur. Le rôle du ventilateur est de garantir une meilleure diffusionde la chaleur dans toute la pièce. Ce type d’émetteur permet de contrôler facilement le confortdans chacune des pièces. Il présente également l’avantage de filtrer l’air intérieur de la maisonet de le déshumidifier en été.

Les radiateurs à basse température peuvent être utilisés selon le même principe que lesventilo-convecteurs mais uniquement pour des besoins de chauffage car ce système nepermet pas d’assurer le rafraîchissement du logement.

Il est difficile de donner précisément le coût d’une installation de chauffage par pompe àchaleur étant donné le grand nombre de facteurs à considérer et les incertitudes.

Le coût de l’énergie pour un système de chauffage est à prendre en compte dans tout calculde la rentabilité d’une pompe à chaleur. Dans ce cas, le surplus d’investissement d’une PACdevient généralement rentable dans un temps raisonnable.

Pour une maison individuelle de 100m2 de surface, à titre indicatif, il faut compter de65EHT/m2 à 115EHT/m2 avec le chauffage hydraulique suivant différents modes d’émission etde 50EHT/m2 à 120EHT/m2 pour le chauffage aéraulique suivant différents modes dedistributions.

Les consommations électriques par le chauffage traditionnel et par le chauffage à PAC sur unepériode de chauffage allant du 1er octobre jusqu’au 20 mai ont été simulées pour le mêmepavillon individuel avec différents sites du nord au sud de France. Le tableau ci-dessous donnel’ensemble des résultats en terme de consommation électrique et de gain en euros, avec unabonnement d’électricité de puissance souscrite 9KVA avec le tarif bleu du 15 janvier 2003.

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Chacun des systèmes a ses avantages et ses inconvénients, donc certains cas d’applicationsplus favorables. Il y a lieu de bien analyser les besoins calorifiques, les conditions climatiqueslocales et la disponibilité de source énergétique afin d’aboutir à un choix adéquat.

Au niveau des sources de chaleur, l’eau de nappe phréatique ou de surface présentent souventdes avantages incomparables, mais elles doivent se conformer aux dispositions législatives auniveau d’usage d’eau et de la protection des eaux souterraines.

Pour les pompes à chaleur air-air et air-eau aucune législation n’entrave l’utilisation de l’airambiant. Les inconvénients pour ces dernières sont principalement les variations detempérature extérieure qui affectent leurs performances calorifiques ainsi que le risque degivrage de l’évaporateur par temps froid.

Au niveau du mode d’émission, le chauffage par diffusion d’air en split-system est facile àmettre en place, surtout pour les pièces principales. Il nécessite souvent un chauffagecomplémentaire, électrique par exemple, pour les pièces de service.

Le plancher chauffant peut couvrir l’ensemble des besoins de la maison, mais les travaux sonttrès lourds. L’utilisation de ventilo-convecteur peut être considérée comme une solutionintermédiaire avec un meilleur compromis entre les travaux et le confort. Un tableau decomparaison récapitule les avantages et les inconvénients de la plupart des systèmes dePAC :

PAC SystèmesAvantages InconvénientsSource de

chaleurMode dechauffage

Air

AirSystème simple Source de chaleur gratuite Récupération possible d’énergie

Instabilité de températureNécessité de chauffage d’appointChute de COP quand il fait froidGivrage extérieur par temps trop froid

EauSource de chaleur gratuiteDistribution, régulation de chauffagefacile

Nécessité de chauffage d’appointChute de COP quand il fait froidGivrage extérieur par temps trop froidTravaux demandés suivant le moded’émission

Eau

Air Fonctionnement permanentFaible inertie thermique et coût deforage

EauMarche sûre Stabilité thermique et bon rendementDistribution et régulation facile

Coût de forageTravaux importants

Sol

Air Source de chaleur gratuiteDemande d’un terrain de dimensionsuffisante

EauSource de chaleur gratuiteDistribution, régulation de chauffagefacile

Demande d’un terrain de dimensionsuffisanteTravaux d'installation importants

SiteChauffage électrique(abonnement inclus)

Chauffage par PAC(abonnement inclus)

Gain d’électricité

KWh E KWh E KWh E KWh/m2 E/m2

Nancy 4021 456 1205 228 2996 228 43,1 3,4

Trappe 3439 408 1015 211 2424 197 34,9 2,9

Carpentras 856 205 247 151 609 54 8,8 0,8

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D . 2 - CLIMATISATION

1. AVANT TOUT ; LIMITER LES BESOINS !L’implantation réussie d’un système de climatisation passe par une bonne conceptionarchitecturale, adaptée au climat de la région.

Les apports solaires sur le bâti constituent souvent le poste le plus important du bilanthermique d’un local. Une limitation de ces apports est donc à rechercher systématiquementavant de prévoir puis de dimensionner tout système de climatisation.

Dans le cas d’un bâtiment existant, la mise en place de dispositifs adaptés permet, en limitantles apports solaires, de diminuer fortement les besoins de climatisation à l’intérieur de cebâtiment.

De nombreuses techniques existent : isolation de la toiture et des murs (isolant classique,auvent, bardage…), protection des parois vitrées par casquettes, auvents, volets ou lamesopaques ajourées, film réfléchissant…

Elles sont détaillées dans les fiches :

32 : Isolation thermique

34 : Isolation des parois vitrées

Dans l’existant, l’action la plus efficace est souvent la protection des vitrages, pour éviter lasurchauffe des locaux (effet de serre) avec, dans les zones tropicales où les bâtiments ne sontgénéralement pas isolés, la mise en place d’une isolation thermique de la toiture.

Lorsque l’environnement le permet (absence de bruit, d’odeur, de risque d’intrusion, …), lamise en œuvre d’un rafraîchissement nocturne permet de diminuer fortement les besoins declimatisation en utilisant peu voire aucune énergie.

La circulation de l’air peut être :

• naturelle : ce sont des éléments architecturaux qui permettent une ventilation traversante,verticale ou horizontale,

• forcée : ce sont des extracteurs ou la VMC qui permettent cela.

Pour la ventilation nocturne, la puissance électrique absorbée est faible par rapport à unsystème classique de climatisation à compression. En effet, l’utilisation d’énergie ne sert qu’audéplacement de l’air. Cette circulation de l’air peut même être naturelle si l’architecture dubâtiment le permet.

150

La ventilation nocturne ainsi que les tubes enterrés n’utilisent pas de fluides frigorigènes quipeuvent constituer une menace pour l’environnement, en particulier pour la couche d’ozone.Ces systèmes constituent alors une alternative aux systèmes à compression pour lerafraîchissement.

Le renouvellement d’air doit être assez important la nuit ; il varie de 5 à 20 volumes/heure.Ainsi, il permet une réduction de température de 3 à 7°C.

La mise en place de tubes enterrés pour refroidir l’air injecté dans le bâtiment constitue uneautre méthode de rafraîchissement basse consommation. Il s’agit d’un système derafraîchissement et non de climatisation, qui peut avoir un fonctionnement réversible et aiderau préchauffage en hiver.

Lorsqu’il fonctionne en mode rafraîchissant, on parle souvent de puit provençal. Lorsqu’ilfonctionne en mode chauffage, on parle alors de puit canadien.

De même que pour la ventilation nocturne, la puissance électrique absorbée est faible parrapport à un système classique de climatisation à compression. En effet, l’utilisation d’énergiene sert qu’au déplacement de l’air. Cette consommation peut être optimisée dans les régionssuffisamment ensoleillées. Les besoins en électricité peuvent être assurés par des capteursphotovoltaïques, le fonctionnement du ventilateur se faisant « au fil du soleil ».

Pour obtenir une réduction de la température intérieure d’environ 3-4 °C avec ce système derafraîchissement, il faut adapter l’installation à la taille du bâtiment.

Dans les départements d’outre mer, où les besoins en rafraîchissement peuvent être présentstout au long de l’année, les techniques de construction adaptées au climat (bioclimatiques)permettent de limiter voire supprimer la nécessité du recours à la climatisation. A titred’illustration de l’importance sur le confort intérieur de solutions simples telles que l’isolationet la mise à l’ombre des diverses parois, une maison de 100m2 reçoit en été en métropole, -et toute l’année en zone tropicale - l’équivalent de 100 kW de « chauffage » sur sa toiturependant les heures les plus chaudes de la journée (à raison de 800 à 1000 W/m2 qui sont desniveaux d’ensoleillement courants en milieu de journée).

L’opération ECODOM incite depuis 1996 les maîtres d’ouvrages des départements d’outre merà intégrer les techniques de bases du bioclimatique dans leurs constructions de logementsneufs, par une participation financière au surcoût que peuvent engendrer certaines solutions.

151

2. LES DIFFÉRENTS SYSTÈMES DE CLIMATISATIONLes performances des systèmes de climatisation dépendent de nombreux paramètres liés àleur moyen de production (ou à la source extérieure choisie), leur moyen de distribution ainsique leur moyen d'émission.

En premier lieu, le choix de la source "extérieure" (dite froide en hiver et chaude en été) peutaider à définir la performance initiale de la machine :

• en choisissant la terre (capteurs enterrés) ou l'eau de nappe phréatique nous avons àdisposition une source extérieure présentant des caractéristiques stables dans l'annéegarantissant de bonnes performances de l'installation extérieure hiver comme été,

• en choisissant l'air extérieur, on dispose d'une source simple à exploiter mais trèsfluctuante, pouvant fortement diminuer les performances des machines en hiverprincipalement mais également en été.

On peut noter également qu'il existe des systèmes dits à eau perdue qui utilisent l'eau de villecomme moyen de condensation. Ces systèmes sont à proscrire, leur consommation moyenneétant de 50 l/kWhévacué environ.

Le moyen de distribution peut également présenter quelques contraintes notammentdimensionnelles, mais c'est surtout le moyen d'émission qui permet également de mieuxappréhender les performances du système à l'intérieur du local desservi :

• en utilisant un plancher comme système d'émission, on privilégie le chauffage aurefroidissement,

• en utilisant un système équipé de terminaux (type split system ou ventilo-convecteur à eau),on bénéficiera de moyens puissants en refroidissement comme en chauffage,

• en utilisant des bouches de soufflage, on bénéficiera d'une puissance égalementimportante, avec en plus une intégration au local.

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Ainsi il est possible de classer les systèmes de cette manière :

Chaque poste présente des particularités :

Source extérieure Distribution Emission Type

Terre EauPlancher PAC eau / eau + PCR

VCV PAC eau / eau + VCV

Eau de nappephréatique (ou de

source)Eau

Plancher PAC eau / eau + PCR

VCV PAC eau / eau + VCV

Air extérieur

Fluide frigorigène VCVsplit system / ou multi split

system

Air Bouches de soufflage Systèmes gainables

Eau VCV PAC air / eau + VCV

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Source extérieure Moyens particularités

Terre (eauglycolée ou fluide

frigorigène)

Capteurs horizontaux - compter une surface de terrain de 1,5 fois lasurface climatisée pour l'exploitation des capteurs- la "stabilité" de la température de la sourceextérieure permet d'assurer en toute saisonl'intégralité du chauffage par la PAC et 100 % dedisponibilité en plein été (même lors de chaleurexceptionnelle)

Capteurs verticaux - la surface de terrain à réserver est plus faible- le système est plus performant que les capteurshorizontaux- nécessite le déplacement d'une sociétéspécialisée dans le forage

Eau de nappephréatique

Puits de puisagePuits de rejet

- source stable permettant d'assurer tous lesbesoins de chauffage et une disponibilité totale enété- déclaration ou demande d'autorisationnécessaire pour la réalisation de puits- la disponibilité de la nappe pendant toute lasaison est à vérifier- précautions particulières sur la filtration de l'eau- attention aux caractéristiques chimiques de l'eau(corrosion accélérée)

Air

Condenseur à air - mise en œuvre simple- nuisance acoustique extérieure liée à la présencede ventilateur- performance réduite en mode chauffage à bassetempérature (nécessite souvent un appoint)- risque d'arrêt en cas de forte chaleur- garantie de la présence de la source

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Distribution Moyens particularités

HydrauliqueTubes cuivreTubes PER

- doivent être calorifugés pour les parties extérieures dubâtiment (prévoir une protection mécanique supplémentairepour une hauteur < 2 m)- doivent être calorifugés pour la partie intérieure du bâtimentsi température distribution < température rosée- distribution bitube ou bitube pieuvre avec collecteurs- la présence de calorifuge implique des dimensions detuyauteries plus importantes que pour le chauffage et souventla mise en place de "goulotte de passage"

AérauliqueConduits flexiblesConduits rigidesrectangulaires

- calorifugés par l'extérieur ou par l'intérieur si problèmeacoustique- dimensions importantes- mise en œuvre délicate dans les maisons de plusieursniveaux- bien adaptés aux maisons de plain-pied avec combles perdus

Fluidesfrigorigènes

Tubes cuivrequalité froid

- calorifugés – prévoir une protection mécanique pour lesparties extérieures (h < 2 m)- sections inférieures aux canalisations hydrauliques- précautions de mise en œuvre particulières

Emission Moyens particularités

BâtiPlancher chauffant

/ rafraîchissant

- émetteur invisible privilégiant les échanges par rayonnement- Homogénéité du confort- performance en mode chauffagepermet un abaissement de température l'été- limité en puissance frigorifique (25 à 30 W/m2)

Convection forcée

Unité terminale àeau glacée

Unité intérieuresplit system

- calorifugés par l'extérieur ou par l'intérieur si problèmeacoustique- dimensions importantes- mise en œuvre délicate dans les maisons de plusieursniveaux- bien adaptés aux maisons de plain-pied avec combles perdus

Bouche desoufflage

- calorifugés – prévoir une protection mécanique pour lesparties extérieures (h < 2 m)- sections inférieures aux canalisations hydrauliques- précautions de mise en œuvre particulières

3. MÉTHODE DE CALCULLes principes et méthodes de dimensionnement de systèmes de climatisation doivent êtreadaptés selon leur technologie mais également selon le site. La plupart des systèmes declimatisation du secteur résidentiel est constituée d'un équipement thermodynamiqueréversible. Les puissances calorifique et frigorifique sont donc dépendantes et il est nécessairede trouver le meilleur compromis entre les besoins de chauffage et de refroidissement.

De même la technologie des systèmes influe également sur le choix de la méthode dedimensionnement :

• un plancher chauffant / rafraîchissant n'apportera pas une puissance frigorifiqueconséquente, il faut privilégier un dimensionnement en mode chauffage,

• un système thermodynamique à condensation par air a une puissance variable selon lesconditions extérieures,

• enfin, le climat doit également décider de la méthode à utiliser en privilégiant soit lechauffage, soit le refroidissement de la maison.

Le tableau ci-après présente globalement les choix optimum et les principes dedimensionnement.

Tableau 1 : Les systèmes de climatisation : pertinence d'installation selon les conditionsclimatiques.1 Le plancher chauffant / rafraîchissant est bien adapté aux zones froides mais n'apporte pas le meilleur confort pour la zone

climatique chaude et devrait être écarté dans les zones humides.

2 Le ventilo-convecteur utilisant le fluide frigorigène (communément un split system ou multi-split system) présente l'avantagepour certains climats de disposer d'une puissance de déshumidification supérieure à celle disponible par un ventilo-convecteurà eau glacée. Par contre, le fonctionnement d'un ventilo-convecteur à eau peut être optimisé en été en choisissantconvenablement le régime d'eau glacée.

3 Les systèmes à condensation par eau présentent l'avantage d'avoir une puissance calorifique constante toute l'année. Ils sontparticulièrement bien adaptés aux climats rigoureux (hiver comme été) mais nécessitent d'avoir un terrain plus ou moinsimportant selon le type de capteur, ou une source d'eau (rivière, nappe phréatique) à proximité.

Systèmes Zone climatique PréconisationPrincipe de

dimensionnement

Génération Emission

Condensationpar air

Plancher chauffant/ rafraîchissant1

H1 *** ϕH2 / H3 ** ϕtropicale - −

Ventilo-convecteur(eau)

H1 ** ϕH2 / H3 *** κ

DOM/TOM *** κ

Ventilo-convecteur(fluide frigorigène)2

H1 ** λH2 / H3 *** κ

DOM/TOM **** κ

Condensationpar eau3

Plancher chauffant/ rafraîchissant

H1 **** µH2 / H3 ** κ

DOM/TOM - −

Ventilo-convecteur(eau)

H1 *** µH2 / H3 **** κ

DOM/TOM **** κ

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Les règles à suivre selon les principes de dimensionnement sont données dans le tableau ci-après :

Tableau 2 : Principes de dimensionnement conseillés selon les systèmes de climatisation

Nota :

PPAC Text base = Puissance thermique de la PAC à la température extérieure de base

PPAC – 10°C = Puissance thermique de la PAC à la température extérieure de –10[°C]

PPAC froid = Puissance thermique de la PAC en mode refroidissement

Les règles du tableau ci-dessus sont issues des règles professionnelles rédigées par leCOSTIC et la Div. R&D d'EDF, sous la commission pompe à chaleur de l'AFF.

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Principe Loi

ϕdimensionnement

en modechauffage

Text base ≥ -10°C

PPAC Text base comprise entre 60 % et 80 % des déperditions

Text base ≥ -5°C PAppoint = 0,6 x déperditions

Text base < -5°C PAppoint = 1 x déperditions

Text base < - 10°CPPAC – 10°C comprise entre 60 % et 80 % des déperditions à -10[°C]PAppoint = 1 x déperditions

Nota : pour optimiser le mode refroidissement, il est possible de réduire le pas depose des tubes.

κDimensionnement

en moderefroidissement

PPAC froid doit être égale aux charges calculées et PPAC Text base > 50 % des déperditions

λDimensionnement

en mode chauffage

Appliquer la même méthode que j mais il faut prendre toutes les précautions auniveau de la gestion à savoir : priorité au fonctionnement du systèmethermodynamique et appliquer les lois ci-dessous pour le dimensionnement del'appoint.

TarrêtPAC<= Textbase – 5°C PPAC Text base + Pappoint = 1, 2 x déperditions

TarrêtPAC > Textbase – 5°C Pappoint = 1, 2 x déperditions

µDimensionnement

en mode chauffage

PPAC compris entre 80 et 120 % des déperditions

PPAC + PAppoint = 1,2 x déperditions

4. MÉTHODE DE DIMENSIONNEMENT

EN MODE CHAUFFAGELa méthode de dimensionnement est la méthode réglementaire en vigueur.

EN MODE REFROIDISSEMENTContrairement au mode chauffage, il n'y a pas actuellement de méthode réglementaire pourle calcul des charges d'été.

Il est donc nécessaire de choisir une méthode de dimensionnement performante et surtoutadaptée au système.

Prendre une méthode trop simplifiée a tendance à surdimensionner de façon très importanteles résultats. De la même façon, prendre des valeurs trop importantes pour les apportsinternes amène également à un surdimensionnement.

Voici quelques règles simples à retenir pour le dimensionnement d'un équipement declimatisation en mode refroidissement :

LES APPORTS SOLAIRES : • ne tenir compte que de la surface de clair de la fenêtre. L'encadrement de la baie vitrée peut

représenter de 40 à 60 % de la surface totale de la fenêtre,

• imposer dans la mesure du possible des protections solaires extérieures (débords de toiture,casquettes, stores, …).

LES APPORTS INTERNES :Les apports internes dans le secteur résidentiel sont très faibles et il convient :

• de ne compter que 70[W] de charge sensible par personne,

• de ne compter que 150[W] de charge sensible pour un ordinateur entièrement équipé (unité centrale, écran, imprimante …),

• de ne pas tenir compte des apports par l'éclairage ( sauf cas exceptionnel),

• de manière générale, de pondérer toute charge par son temps de fonctionnement sur 1 heure. Par exemple si un équipement de 100[W] ne fonctionne en moyenne qu'un quartd'heure par heure, il ne faut compter que 25[W] (100 x �� ) de charge.

Enfin une solution simple consiste à ne considérer que la charge sensible du local et lapondérer par la dissipation latente de l'appareil (puissance de déshumidification) pourconnaître la puissance totale à installer.

• Pour des ventilo-convecteurs, il convient de compter entre 10 et 25 % de dissipation latentede l'appareil selon les climats et les conditions d'exploitation.

• Pour un système à détente directe, il convient de compter entre 20 et 40 % de dissipationlatente de l'appareil selon les climats et les conditions d'exploitation.

157

Malgré toutes ces précautions, le surdimensionnement lié à l’utilisation d'une méthodemanuelle peut être très important, comme le montre le tableau ci-après. Les comparaisons sefont sur les résultats obtenus dans un séjour d'une maison de 100 m2.

Tableau 3 : Ecart de puissance calculée entre une méthode manuelle détaillée et un logicielde simulation dynamique.

Pour une maison type située au Lamentin (Martinique), l'écart est sensiblement identique etvarie entre –30 et –15 % selon les pièces climatisées.

Attention à l'utilisation de certaines méthodes constructeurs : trop simplistes, elles amènentparfois à des résultats doubles de la réalité.

* Trnsys est un logiciel de simulation dynamique. La méthode manuelle simplifiée (préconisée par le COSTIC) donnant non pas un

calcul de charges mais une puissance d'appareils, nous avons pondéré le calcul des charges sensibles fait par TRNSYS d'un

coefficient de 1,35 pour tenir compte de la dissipation latente de l'appareil.

Nancy Trappes Carpentras

Méthodemanuelle

TRNSYS**Méthodemanuelle

TRNSYSMéthodemanuelle

TRNSYS

Séjour 2923 W -35% 2923 W -22% 2979 W -14%

158

5. OPTIMISATION DU DIMENSIONNEMENTFort des constatations précédentes, il est important de bien effectuer le dimensionnement etle choix du système de climatisation.

Les méthodes de dimensionnement courantes (manuelles ou informatisées) ont tendance àsurévaluer la charge d'un local. Cette surévaluation est d'autant plus importante que laméthode utilisée est simplifiée.

Passer du calcul au choix de l'appareil est également une étape importante. En effet, choisirun appareil "puissant" présente de nombreux inconvénients :

Aéraulique : le débit d'air de l'appareil (VCV) plus important risque de générer des courantsd'air et des turbulences importantes dans la pièce desservie.

Pour mémoire, la présence d'un courant d'air d'une température de 20°C et ayant une vitessemoyenne de 0,2 m/s occasionne un pourcentage prédit d'insatisfait supérieur à 35[%].

Intégration au décor : plus la puissance installée est importante, plus les dimensions del'appareil sont importantes et plus sa bonne intégration dans la pièce sera difficile.

Performances : un surdimensionnement des équipements entraînera obligatoirement unfonctionnement important à charge réduite dont les principales conséquences sont : difficultésde régulation, risque d'instabilité de température, surconsommation.

En conclusion, il ne faut surtout pas surdimensionner l'équipement. Face à un résultat decalcul de charges, il semble préférable de sélectionner l'appareil qui se situe dans la gammeinférieure à la puissance calculée pour plusieurs raisons :

• le calcul de charge a tendance à majorer le résultat vrai,

• le taux de charge moyen d'un équipement de climatisation se situe entre 30% et 50 %, letemps de fonctionnement à 100% de charge étant extrêmement réduit.

Les différents résultats ci-après montrent l'impact du choix de la puissance frigorifique sur laconsommation et le confort obtenu avec un système de climatisation en mode refroidissement.

Tableau 1 : Variation des performances des systèmes de climatisation en fonction de leurdimensionnement.

1 : Pour chaque site il a été choisi une maison traditionnelle. Pour les sites de Trappes et de Carpentras le séjour et les chambres

sont climatisés. Pour le site de Lamentin seules les chambres sont climatisées.

2 : Le dimensionnement de base correspond à la sélection du matériel selon les résultats des méthodes manuelles et dont la

puissance est juste supérieure au calcul de charges (pondérés par la puissance latente de l'appareil). Un dimensionnement de

–20% correspond au choix du matériel dans la gamme directement inférieure. Un dimensionnement de –40% correspond au

choix du matériel d'environ deux gammes inférieures.

Site1 Dimensionnement2 Consommation3 Confort4 Température maximale5

Trappes-20% -3% 8 h 26°C

- 40% -7% 90 h 28°C

Carpentras- 20% -4% 0 h 25°C

- 40% -9% 32 h 26°C

Le Lamentin

- 15% -2% 0 h 25°C

- 30% -6% 0 h 25°C

- 45% -10% 10 h 27°C

159

3 : La réduction des consommations est liée uniquement au fonctionnement du climatiseur avec un taux de charge moyen plus

important. Nous avons considéré les mêmes performances statiques pour tous les appareils.

4 : Le confort est exprimé en nombre d'heures pendant lesquelles la température de la pièce dépasse 25°C.

5 : La température maximale atteinte correspond à la température atteinte lorsque la puissance du climatiseur n'est pas suffisante

pour combattre les charges du local.

Bien que les résultats du tableau ci-dessus soient issus de simulations pour une maisonparticulière et ne peuvent pas être extrapolés à toutes les situations, nous pouvons tout demême retenir que :

• la sélection du matériel dans la gamme de puissance directement inférieure n'entraîneaucun inconfort notable, tout en réduisant la facture d'électricité et en garantissant unediminution de la puissance appelée,

• dans certains cas de figure il est possible de choisir des appareils encore moins puissantstout en respectant des conditions de confort correctes et en réduisant de façon nonnégligeable la consommation et la puissance appelée de l'appareil,

• plus en amont encore, la sélection d'un matériel présentant le meilleur COP ou la meilleureefficacité frigorifique (EER) sera la garantie d'une performance globale d'installation trèsélevée.

L'annexe IV de l'arrêté du 17 janvier 2003 portant application du décret n°94-566 du 7 juillet1994 modifié, donne les classes d'efficacité énergétique selon les types d'appareils. Il est ainsipossible d'obtenir les EER (efficacité frigorifique) ou les COP concernant les climatiseursrefroidis à l'air ou à l'eau.

160

Pour les pompes à chaleur destinées au secteur résidentiel individuel, il est possible de seréférer aux règles techniques rédigées par le COSTIC. Les performances minimales desmatériels doivent atteindre au minimum les valeurs données dans le tableau ci dessous :

Tableau 4 : performances minimales conseillées des systèmes de climatisation réversiblespour l'habitat.

Avec :

Tsext : température sèche extérieure

Thext : température humide extérieure

Teeau : température d'entrée eau

Tseau : température de sortie d'eau

Teeauglyc : température d'entrée eau glycolée

Tseauglyc : température de sortie d'eau glycolée

Tsint : température sèche intérieure

Thint : température humide intérieure

161

Type de systèmeConditions en

refroidissementEERmini Conditions en chauffage COPmini

PAC air/eau +PCR

Tsext = 35°CThext = 24°CTeeau = 12°CTseau = 7°C

2,3

Tsext = 7°CThext = 6°CTeeau = 35°C

3,3

Tsext = -7°CThext = -8°CTeeau = 35°C

2

PAC air/eau +VCV

Tsext = 35°CThext = 24°CTeeau = 12°CTseau = 7°C

2,3

Tsext = 7°CThext = 6°CTeeau = 45°C

2,5

Tsext = -7°CThext = -8°CTeeau = 45°C

1,5

PAC eau/eau +PCR

Teeauglyc = 35°CTseauglyc = 30°CTeeau = 12°CTseau = 7°C

3,7

Teeauglyc = -5°CTseau = 35°C 3

Teeauglyc = 10°CTseau = 50°C 3

PAC air/air

Tsext = 35°CThext = 24°CTsint = 27°CThint = 19°C

2,4

Tsext = 7°CThext = 6°CTsint = 20°C

2,7

Tsext = -7°CThext = -8°CTsint = 20°C

1,6

6. IMPACT DE LA GESTIONLa gestion du fonctionnement des systèmes de climatisation a également un impact trèsimportant sur leurs consommations.

Pour visualiser les performances nous présentons les résultats de simulation sur deux maisonstypes situées soit en France métropolitaine, soit dans un département d’Outre Mer. Deux typesde simulations ont été réalisés :

Modification de la température de consigne : Le choix de la température de consigne, régléepar le thermostat, peut avoir des conséquences assez sensibles sur la consommation finalecomme le montrent les tableaux ci-après.

Gestion de l'intermittence : Bien souvent, il est essentiel d'avoir une température adéquate lanuit dans les chambres. La gestion que nous avons faite consiste simplement à ne fairefonctionner les climatiseurs que la nuit et comparer les résultats de consommation avec unfonctionnement continu.

1. IMPACT DE LA TEMPÉRATURE DE CONSIGNELes variations de température de consigne induisent des variations de consommationsénergétiques très importantes comme l'atteste la figure ci-dessous.

Figure 1 : La température de consigne a une incidence importante sur la consommation dusystème de climatisation.

162

Si l'on se réfère à la température de consigne de 25[°C], la surconsommation d'énergie liéeà la programmation d'une température de consigne plus basse est donnée dans le tableau ci-dessous :

Tableau 5 : Passer d'une température de consigne de 25°C à une température de consignede 21°C augmente la consommation d'énergie annuelle de 35 à 80% selon les sites.

Enfin, on peut retenir qu'entre 21°C et 25 °C de température de consigne, on réduit sa factureénergétique en moyenne :

De 11% par °C d'élévation de température de consigne à Trappes,

De 7% par °C d'élévation de température de consigne à Carpentras,

De 13% par °C d'élévation de température de consigne au Lamentin.

2. IMPACT DE LA GESTION DE L'INTERMITTENCELa gestion de l'intermittence peut se faire très simplement avec tous les thermostats àhorloge. Il suffit par exemple de gérer la consigne de la façon suivante dans les chambres :

Figure 2 : Gestion de l'intermittence dans les chambres.

En relevant la température de consigne à 27°C en période d'inoccupation, on se prémunit desrisques de surchauffe ponctuelle dans la pièce qui ne permettrait pas d'atteindre latempérature de consigne de 23°C suffisamment rapidement.

Sans horloge, une solution simple consiste à arrêter le climatiseur manuellement et à optimiserson démarrage dans la soirée.

Trappes Carpentras Lamentin21 °C 59% 34% 78%22 °C 43% 25% 58%23 °C 28% 16% 38%24 °C 14% 8% 18%25 °C 0% 0% 0%

163

Quel que soit le mode de gestion de l'intermittence, il est essentiel de réduire au maximum lesapports par renouvellement d'air, et donc de ne pas surventiler les locaux par ouverture desportes et fenêtres.

Tableau 7 : Economie réalisée dans trois habitations avec une gestion intermittente desclimatiseurs dans les chambres.

Les économies réalisées sont dues non seulement au fonctionnement intermittent desclimatiseurs, mais également au fait que leurs performances sont meilleures la nuit, quand latempérature extérieure est plus faible.

Economie liée à l'intermittence

Trappes -50%

Carpentras -51%

Lamentin -77%

164

D . 3 - EAU CHAUDESANITAIRE

Source : De Dietrich.

1. CAPACITÉ DE STOCKAGELes recommandations sur la capacité de stockage sont résumées par la règle dedimensionnement suivante :

C = 50 x N + 50

Où N représente le nombre d’occupants théoriques du logement et C la capacité en litres.

Ceci peut se traduire par le tableau ci-dessous :

Cette règle reste indicative car il faut tenir compte également de l’équipement sanitaire dulogement et des habitudes de consommation des utilisateurs.

Par ailleurs, d’autres critères rentrent en compte lors du dimensionnement, tel quel’éloignement des pièces d’eau par rapport au chauffe-eau principal. Plusieurs types dechauffe-eau peuvent parfois être combinés pour optimiser l’équipement d’un logement.

TYPE DE LOGEMENT

Studio2 pièces

principales3 pièces




principales

CAPACITE (l) 100 150 200 250 300 350

165

2. APPELS DE PUISSANCE

PUISSANCE DES CHAUFFE-EAU.

La puissance électrique d’un chauffe-eau à accumulation est fonction :

• de la température de l’alimentation en eau froide,

• de la température désirée du stockage : maximum 65 °C, conseillée 55 à 60 °C et minimum50 °C pour éviter la légionnellose (projet de norme européenne EN 806-2),

• de la quantité d’eau à réchauffer,

• de la durée d’autorisation pour les chauffe-eau à accumulation en " heures creuse"(découpage des heures creuses suivant l’option tarifaire EDF choisie),

• des pertes de génération.

Aujourd’hui, la puissance installée doit permettre d’élever la température de l’eau froide à latempérature désirée du stockage en moins de 6 heures. Cette exigence s’est traduite par unratio courant de 12W/l (pour des chauffe-eau standards du commerce) :

Le temps de chauffe est calculé pour un écart de température eau chaude / eau froide de50°C.

ACTIONS À MENER POUR DIMINUER LES APPELS DE PUISSANCE.

Les puissances unitaires des chauffe-eau sont relativement élevées au regard des appels depuissances moyens en domestique. Compte tenu du très faible foisonnement sur cet usagelorsqu’il est asservi aux heures creuses, la présence de nombreux chauffe-eau sur un départbasse tension peut générer des contraintes lors du passage en heures creuses.

Sur un départ, les clients en double tarif ne bénéficient généralement pas tous des mêmeshoraires d’heures creuses. Les différents signaux tarifaires, indiqués par un code dans lefichier client de EDF sont les suivants :

• 1 = 22h00 – 6h00,

• 2 = 22h30 – 6h30,

• 3 = 23h00 – 7h00,

• 4 = 23h30 – 7h30,

• 5 = 24h00 – 8h00,

• 9 = autres cas (horloge, EJP…).

Capacité (l) 75 100 150 200 250 300

Puissance (W) 900 1200 1800 2400 3000 3300

Temps de chauffe 4h50 4h30 5h00 5h00 5h00 6h00

166

Dans certaines zones, les clients peuvent parfois bénéficier également de 2 heures creuses enmilieu de journée, la durée des heures creuses la nuit étant ramenée à 6 heures.

Les trois principales actions possibles pour diminuer les appels de puissance sur les chauffeeau entrent dans la famille « gestion de l’énergie » :

• Dans le cas d’une installation avec plusieurs chauffe-eau, il est utile de mettre en place ungestionnaire de puissance (solution adaptée aux équipements professionnels). Cette voiereste limitée car un délestage durant les heures creuses peut entraîner une insuffisance dustockage qui se traduira par une dégradation du confort d’usage (manque d’eau chaude)et/ou une dégradation du coût d’exploitation (report de la charge en heures pleines).

• La mise en place d’un relais décaleur pour retarder la mise en marche du chauffe-eaupermet de limiter les appels de puissance importants liés au fonctionnement simultané denombreux chauffe eau au début des heures creuses. Pour un seul client, ce dispositif estvalable uniquement si d’autres usages démarrent ou sont présents au début des heurescreuses. Pour un ensemble de clients sur un départ ou un territoire donné, cette solution peuonéreuse peut apporter des gains très intéressants (voir la fiche N°9). Le décalage ne devrapas dépasser 2h à 2h30, de façon à s’assurer que le chauffe-eau remonte à sa températurede consigne en tarif réduit.

• Le délestage du chauffe-eau dans le cas où d’autres usages de forte puissance comme lelave-vaisselle ou le sèche linge sont mis en route par le client pendant les heures creusespour bénéficier du tarif réduit (voir fiche N°8).

167

3. CONSOMMATIONS EAU & ÉLECTRICITÉ

CONSOMMATIONS MOYENNES :

Les consommations pour la production de l’eau chaude sanitaire font appel à deux termes :

• l’énergie nécessaire pour la production de l’eau chaude sanitaire,

• les pertes énergétiques liées au stockage et à la distribution.

Le tableau ci-dessous indique les différentes consommations liées à L’ECS en fonction de lacapacité et de la puissance du chauffe-eau :

Remarque : Consommations moyennes pour un chauffe-eau vertical avec un coefficient derefroidissement de 0.18 à 0.28* (coefficient plus faible pour les capacités importantes).

ACTIONS À MENER POUR DIMINUER LA CONSOMMATION ÉLECTRIQUE :

Diminution de la consommation d’ECS :

La mise en place d’un robinet thermostatique permet de régler l’eau directement à latempérature désirée, ce qui permet à l’utilisateur d’arrêter l’eau momentanément tout enretrouvant ensuite la même température sans changer le réglage initial du robinet.

Au niveau des robinets, il existe des embouts ou mousseurs qui permettent de diminuer ledébit de 6 à 8 litres par minute au lieu de 12l/min. Ils s’adaptent sur tous les robinets enremplacement des aérateurs d’origine. Le but étant de faire couler moins d’eau et plus d’air.Le jet reste identique et apporte la même efficacité et le même confort.

Dans la douche, il faut privilégier des pommes qui sont équipées d’un système à turbulencefractionnant les gouttes d’eau, leur donnant une plus grande efficacité en multipliant la surfaced’eau en contact avec la peau. Elles procurent un confort identique même en ouvrant peu lerobinet. La consommation en eau passe de 20 litres par minute pour une douche ordinaire àmoins de 10 litres par minute.

* Le coefficient de refroidissement, exprimé en Wh par litre et par degré donne une indication de la perte d’énergie journalière du

chauffe eau.

Capacité (l) 75 100 150 200 250 300

Puissance (W) 900 1200 1800 2400 3000 3300

Consommationmoyenne (kWh/an)

1265 1730 2300 2980 4175 5725

Consommationmoyenne d'ECS (l/jour)

50 70 95 125 175 240

168

On peut également réduire la pression du réseau de distribution d’eau chaude à l’aide d’unréducteur pressostatique, ce qui a pour effet de limiter le débit. Pour un même confort et pourun circuit de distribution sans colonne montante on peut facilement limiter la pression à3 bars.

Enfin d’autres appareils comme les jets stop, les détecteurs pour lavabos ou les accélérateursde jets peuvent être utilisés pour diminuer les consommations. Ils sont plutôt à privilégier pourles lieux accueillant du public.

On peut se procurer la plupart de ces appareils dans les grandes surfaces de bricolage et chezles distributeurs de matériels de plomberie.

Optimisation de l’implantation du chauffe-eau :

Dans la mesure du possible le chauffe-eau doit être disposé dans le volume habitable. Si cettesolution n’est pas envisageable, il est suggéré soit de renforcer l’isolation du chauffe-eau parune jaquette isolante, soit de réaliser un espace dont l’isolation thermique est au moinséquivalente à celle du volume chauffé.

Les ballons verticaux sont plus performants que les ballons horizontaux. Toutefois pour lespetits logements, on peut envisager un chauffe-eau placé horizontalement sa constante derefroidissement ne dépasse pas 0,22 Wh/l.°C.jour.

La longueur des canalisations doit être minimale. Une distante maximale de 7 mètres entre lechauffe-eau et le point de puisage le plus éloigné est souhaitée. Si cette recommandation nepeut être respectée, on suggère de disposer des chauffe-eau de petite capacité (15 à 30 litres)alimentés en permanence pour les postes de puisage éloignés et d’utilisation limitée.

L’isolation de la distribution est impérative dans les volumes non chauffés. Dans les volumeschauffés, cette disposition est également recommandée pour éviter un gaspillage énergétiqueet hydraulique.

Réglage de la température & entretien :

La formation de tartre dégrade fortement le confort d’usage (capacité réduite des chauffe-eau)et le bilan d’exploitation. Pour limiter ces désagréments, il y a lieu de :

• Limiter la température de stockage à 55°C. Bien souvent, les thermostats des ballons d’eauchaude sont préréglés sur une température proche de 70°C, qui favorise l’entartrage ainsique des pertes de chaleur plus importantes.

• Nettoyer régulièrement le chauffe-eau et les canalisations. Ne pas négliger l’entretien et lesuivi des installations de production d’eau chaude. Effectuer le détartrage desthermoplongeurs, le contrôle du bon fonctionnement des thermostats, l’étanchéité descircuits de distribution et des organes de coupure des points de puisage. Les fuites sontgrandes consommatrices d’eau et d’énergie.

• Installer un dispositif de traitement de l’eau sur la conduite d’alimentation réservée à laproduction de l’ECS (notamment dans les régions ou l’eau est très calcaire).

169

Arrêt en cas d’inutilisation :

Pour les applications professionnelles, la programmation des installations d’ECS permetégalement d’économiser de l’énergie en arrêtant l’ensemble de ces équipements lors d’uneinoccupation longue des locaux ou d’arrêter le maintien en température du circuit dedistribution pendant une inoccupation courte des locaux.

Optimisation tarifaire :

La production d’ECS asservie aux heures creuses permet dans la plupart des cas de diminuerson coût. En tarif bleu, l’option heures creuses entraîne une hausse du coût annuel del’abonnement (70 E pour un contrat de 9kVA par exemple) qui est généralement compenséepar le fonctionnement du chauffe-eau en heures creuses.

Compte tenu des consommations moyennes d’ECS, la production asservie aux heures creusesest rentable pour le client pour tout chauffe-eau d’une capacité minimale de 100 litres.

Une famille de quatre personnes consommant 4175 kWh/an avec un chauffe-eau de 250litres, économise 100 Euros* en passant en double tarif (sur la base du passage d’unabonnement de base 9kVA à un double tarif 9kVA – hors économies supplémentaireséventuelles liées à d’autres usages fonctionnant en heures creuses).

Autres procédés pour produire de l’ECS

Lorsqu’elle n’est pas assurée par un chauffe eau électrique, la préparation de l’eau chaudesanitaire peut être réalisée par :

• une pompe à chaleur assurant le chauffage (voir la fiche N°31 et le chapitre D1.6),

• un chauffe eau solaire (voir la fiche N°28).

Source : De-Dietrich.

* Tarif EDF 2003

170

D . 4 - ÉLECTROMÉNAGER Créée en 1994 par la Communauté Européenne, l’étiquette énergie sert à informer le publicsur la consommation d’énergie électrique des équipements domestiques.

Elle a concerné dans un premier temps les appareils de froid (réfrigérateurs, congélateurs etcombinés depuis septembre 1995) car ils sont, parmi les appareils électroménagers, les plusgros consommateurs d’électricité. Elle s’est ensuite étendue progressivement à de nouveauxappareils : les sèche-linge depuis 1996 et les lave-linge depuis 1999.

L’information du client sur la consommation en électricité des appareils est essentielle. Eneffet, pour deux appareils comparables, de capacité égale, la consommation peut varier dusimple au double, voire plus pour le même service rendu.

L’étiquette énergie permet de classer sur une échelle allant de A à G les performancesénergétiques des appareils, du plus économe (A) au plus gourmand (G). Les consommationsd’électricité sont mesurées dans des conditions d’utilisation standard. L’acheteur peut alorsfaire son choix en toute connaissance de cause.

La mise en place de l’étiquette énergie a incité les constructeurs à optimiser les performancesénergétiques de leurs appareils : la consommation moyenne des appareils de froid domestiqueproposés sur le marché a diminué de 30% entre 1996 et 2000. Plus d’un appareil de froidsur deux était ainsi répertorié en classe «A» en 2000. Pour garder l’efficacité de cetteclassification, une mise à jour de l’étiquette énergie a été nécessaire.

Son actualisation a abouti à l’apparition des catégories supérieures A+ et A++ à partir dejanvier 2004. Ces nouvelles classes concernent des appareils présentant une consommationjusqu’à 40% inférieure à celle de l'actuelle catégorie A.

Cette disposition, qui complique quelque peu la lecture et la comparaison entre différentsappareils, est mise en place dans l’attente d’une refonte plus complète de l’étiquette énergie.

Les consignes d’utilisation et d’entretien des appareils électroménagers permettant d’enoptimiser le fonctionnement ne sont pas reprises ici. Elles sont détaillées dans les fiches grandpublic présentées au paragraphe « outils de communication de MDE » du présent catalogue.

Les taux d’équipement moyen des ménages en France sont les suivants (source : INSEE etSOFRES - 2002) :

Réfrigérateur : 96 %*

Congélateur : 55%

Lave linge : 95%

Lave vaisselle : 45%

Sèche linge : 27%

Four à micro onde : 72%

Table de cuisson : 27%**

* dont 20% de combinés et 37,5% de réfrigérateurs à 2 portes.

** 18% de tables « tout électrique » et 9% de « mixtes ».

171

Les 2 graphiques ci-après, dont les résultats sont issus du logiciel EVE*, présentent laventilation des usages pour les 10 heures les plus chargées du mois de janvier reconstituéespour un consommateur moyen. Ils permettent de mettre en évidence quels sont les usages –hors chauffage et eau chaude sanitaire – qui génèrent le plus de pointes d’appel de puissancechez un client domestique.

En présence d’un sèche linge, c’est cet équipement qui est généralement le plus responsabledes pics d’appel de puissance du logement. La pointe maximale reconstituée est de 6 kW, lamoyenne des 10 heures les plus chargées étant de 3,5 kW.

Sans sèche-linge, la pointe maximale reconstituée n’est plus que de 4 kW, et la moyenne des10 heures les plus chargées descend à 2 kW. C’est alors le lave linge, du fait de sa puissanceet de son utilisation relativement importante, qui est le plus responsable des pics d’appel depuissance du logement. La catégorie « petit électroménager » regroupe les appareils commele grille pain, la cafetière…

*1 voir une présentation de ce logiciel au chapitre 9.

172

1. LES LAVE-LINGE ET LAVE-VAISSELLE :

L’ÉTIQUETTE ÉNERGIE :

173

APPAREILS DISPONIBLES : LAVE-LINGE

La fourchette haute correspond à des matériels haut de gamme, voir semi professionnels.

APPAREILS DISPONIBLES : LAVE-VAISSELLE

TypeClasse

énergétiqueCapacité

Puissancemaximaleappelée

Consommation moyenneappelée aucours d'un

cycle

Quantitéd'eau

nécessaireau cours

d'un cycle

Prixindicatif

kW kWh Litres Euro (HT)

Lavage à 50°C

Standardannée 1997

D 12 couverts 2,2 à 3,3 1,90 20 400 à 1150

Standardannée 2003

B 12 couverts 2,2 à 3,3 1,20 16 400 à 1150

Performantannée 2003

A 12 couverts 2,2 à 3,3 1,05 14 400 à 1150

Avec entréeeau chaude

A 12 couverts 2,2 à 3,3 0,50 15 401 à 1150

TypeClasse



Consommationmoyenne appelée au

cours d'un cycle

Quantité d'eaunécessaire au

cours d'un cycle

Prixindicatif

kg kW kWh Litres Euro (HT)

Lavage coton 5kg à 60°C

Standardannée 1997

D 5 2 à 3 1,50 80 _

Standardannée 2003

A 5 2 à 3 1,05 50300 à1850


A 5 2 à 2,5 0,95 45300 à1850

Avec entréeeau chaude

A 5 2,3 0,1061 (froid)+15

(chaud)à partir de

550

174

DIMINUTION DES APPELS DE PUISSANCE :

Appareils performants : remplacement à l’identique

L’énergie nécessaire pour chauffer l’eau étant pratiquement la même pour tous les appareils,les équipements les plus économes en énergie sont ceux qui consomment le moins d’eau.Certains appareils possèdent des programmes ECO qui limitent la quantité d’eau et d’énergieen cas de faibles charges.

Il est à noter que la performance énergétique des lave-linge et lave-vaisselle influe peu surleur prix. La consommation énergétique est alors un critère de choix important dans le cas oùles autres caractéristiques techniques de l’appareil sont semblables (nombre de programmes,efficacité de lavage, vitesse d’essorage pour les lave linge…).

Aujourd’hui, la plupart des lave-linge et lavevaisselle sont de classe énergétique A, ce quiréduit l’écart entre les appareils «standards » etles «performants ». Les fabricants ont en effetréussi ces dernières années à diminuersensiblement la consommation d’énergie de leursappareils. La puissance maximale appelée dépendprincipalement de la puissance de la résistance etvarie peu d’un modèle à l’autre. Un gain importantsur les appels de puissance peut toutefois êtreréalisé dans le cadre d’un programme deremplacement compte tenu des performancesmoyennes du parc existant (gain lié aufoisonnement du fait de fonctionnements à pleinepuissance plus courts).

Photo : Electrolux.

Dans le cadre d’un remplacement, on privilégiera les appareils muni d’une touche deprogrammation de type « départ retardé » qui permet de façon très simple à l’utilisateur dedécaler le fonctionnement de son lave linge ou lave vaisselle de quelques heures luipermettant ainsi de bénéficier du tarif des heures creuses. Ce dispositif est particulièrementintéressant pour les lave vaisselle dont la mise en marche le soir est souvent proche desheures creuses et pour lesquels le niveau sonore plus faible présente nettement moins derisque de gène dans le logement ou… dans celui du voisin. La programmation du grosélectroménager est traitée par la fiche N°10.

175

Utilisation des appareils avec entrée eau chaude

Quelques lave linge à double entrée existent sur le marché. Ils sont souvent conçus pour unusage professionnel. Par contre, la plupart des lave vaisselle actuellement vendus sur lemarché sont équipés d’une entrée eau chaude et d’une entrée eau froide (ou d’une entréeacceptant de l’eau chaude ou de l’eau froide). Voir à ce sujet la fiche N°17.

Les appareils alimentés par une source d’eau chaude extérieure sont les plus performants. Ilspermettent de diminuer très fortement la consommation et les appels de puissance du lavelinge. Sur un appareil classique, plus de 80 % de l’énergie est en effet absorbée par larésistance de chauffage de l’eau.

Il est possible d’alimenter directement en eau chaude tous les appareils. Des kits deraccordement sont disponibles, mais le mode de fonctionnement reste délicat du fait du risquede surchauffe de l’eau pouvant entraîner une dégradation du linge (cas où la température delavage souhaitée est inférieure à la température d’arrivée d’eau). Il faut donc que la machinesoit munie d’une touche «lavage à froid » ou d’un thermostat interne pilotant l’arrêt de larésistance lorsque la température programmée est atteinte (cas où la température de lavageest supérieure à la température d’entrée en eau chaude).

176

2. LES SÈCHE-LINGE


177

APPAREILS DISPONIBLES :

DIMINUTION DES APPELS DE PUISSANCE :

On distingue deux types de sèche linge :

• à condensation : facile à installer, ne nécessitant pas d’évacuation extérieure. L’eau extraitedu linge est collectée dans un bac de récupération,

• à évacuation d’air humide : ils nécessitent la mise en place d’une évacuation de l’air versl’extérieur.

Généralement les appareils à condensation consomment un peu moins d’énergie que lessèche linge à évacuation.

On peut remarquer que la performance énergétique des sèche linge n’influe pas sur leur prix.La consommation énergétique est alors un critère de choix important dans le cas où les autres

caractéristiques techniques de l’appareil sont semblables.En revanche la puissance maximale appelée d’un sèchelinge peut présenter un écart allant jusqu’à 1 kW d’unmodèle à l’autre. Cet écart permet un gain intéressant surles pointes d’appel de puissance qui sont souvent liées aufonctionnement du sèche linge en domestique.

La puissance maximale appelée est généralement donnéepar le fabricant dans sa documentation technique.Toutefois, les documentations fournies avec les appareilsétant destinées à l’utilisateur ou à l’installateur del’appareil, le fabricant se contente parfois d’indiquer lecalibre du circuit électrique sur lequel l’appareil doit êtreraccordé, ce qui ne donne pas une indication précise dela puissance maximale susceptible d’être appelée parl’appareil. Cette même difficulté se retrouve sur les lavelinge et lave vaisselle.

Photo : Electrolux.

TypeClasse



Consommationmoyenne appelée au

cours d'un cyclePrix indicatif

kg kW kWh E (HT)

Essorage à 800 tr/min

Standardannée 2003

C 4,5 à 6 2,6 à 3,5 3,30 300 à 1450


C 4,5 à 6 2,6 à 3,5 2,60 300 à 1450

178

3. LES APPAREILS FRIGORIFIQUES


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CLASSES CLIMATIQUES :

La classe climatique indique les fourchettes de températures ambiantes pour lesquelles lefabricant garanti un bon fonctionnement de l’appareil. En deçà ou au-delà de ces valeurs, lesperformances des appareils sont affectées :

• si la température est trop basse, le moteur peut s'arrêter,

• au-delà de la température maximum indiquée l'appareil risque de fonctionner en continu etde ne pas tenir sa température de consigne en cas de charge importante par exemple.

Les classes climatiques peuvent se cumuler :

• un appareil de classe N-ST est adapté pour une température ambiante de +16°C à +38°C,

• un appareil de classe SN-T est adapté pour une température ambiante de +10°C à +43°C.

DIMENSIONNEMENT DES RÉFRIGÉRATEURS ET APPAREILS COMBINÉS :

La taille moyenne de réfrigérateur préconisée par les fabricants est la suivante :

1 personne 100 à 150 litres

2 ou 3 personnes 200 à 250 litres

3 ou 4 personnes 250 à 350 litres

+ de 4 personnes 350 litre et +

Classe climatique Ambiance lieu Remarques

SN +10°C à +32°CClasse à choisir si l'appareil est installé

dans la cave ou au garage

N +16°C à +32°C Températures tempérées

ST +18°C à +38°CClasse à choisir si la température devient

très élevée en été

T +18°C à +43°CTempératures tropicales avec 80%

d'humidité

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APPAREILS DISPONIBLES :

DIMINUTION DES PUISSANCES APPELÉES :

Il est préférable de choisir, parmi les réfrigérateurs basse consommation, les appareils declasse climatique SN qui fonctionnent de façon optimale également lors de températuresambiantes basses (à partir de + 10 °C). Plus la température locale autour de l'appareil estélevée, plus la consommation d'énergie est importante. Les classes climatiques sont indiquéessur la plaque signalétique et la déclaration de marchandise de l'appareil.

La performance énergétique des appareils de froid influe peu sur leur prix. La consommationénergétique est alors un critère de choix important dans le cas où les autres caractéristiquestechniques de l’appareil sont semblables.

Type CapacitéClasse

énergé-tique

Capacitéde

congélation


Consom-mation

moyenneappelée

Autonomie wh/litre/AnPrix

indicatif

Litre kg/24h W kWh/an Heure Wh/Litre/An E (HT)

Réfrigérateursstandardsannée 1997

100 à 370 D à G _ 80 à 130 250 à 450 _1200 à1800

300 à 1400

Réfrigérateursstandardsannée 2003

100 à 370 B _ 70 à 130 190 à 300 _1000 à1400

300 à 1400

Réfrigérateursperformantsannée 2003

100 à 370 A et A+ _ 70 à 130 130 à 200 _ 350 à 1100 300 à 1400

Combinésstandardsannée 1997

150 à 300+ 50 à150

D à G _ 170 350 à 650 _1400 à2200

300 à 2000

Combinésstandardsannée 2003

150 à 300+ 50 à150

B 4 à 20 130 à 180 300 à 500 15 à 301100 à1900

300 à 2000

Combinésperformantsannée 2003

151 à 300+ 50 à150

A et A+ 4 à 20 120 à 180 250 à 400 15 à 30 900 à 1400 300 à 2000

Congélateursstandardsannée 1997

100 à 500 D 5 à 45 110 à 250 300 à 800 15 à 451600 à3000

200 à 1300

Congélateursstandardsannée 2003

100 à 500 B 5 à 45 100 à 220 200 à 500 20 à 701000 à2200

200 à 1300

Congélateursperformantsannée 2003

100 à 500 A et A+ 5 à 45 100 à 150 150 à 350 20 à 70 720 à 1750 200 à 1300

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Aujourd’hui, la plupart des appareils de froid sont de classe énergétique A, ce qui réduit l’écartentre les appareils «standard » et les «performant ». Les fabricants ont en effet réussi cesdernières années à diminuer sensiblement la consommation d’énergie de leurs appareils. Ungain important peut être réalisé dans le cas d’un remplacement pour plusieurs logements(foisonnement), compte tenu des performances moyennes du parc existant.

Un appareil performant récent aura en effet uncompresseur moins puissant et un temps defonctionnement moyen plus faible. Il sera moins sensibleaux variations de conditions externes (augmentation dela température lors de la préparation des repas parexemple) et sera donc nettement moins présent à lapointe.

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4. AUTRES APPAREILS ÉLECTROMÉNAGERS

AUDIO-VISUEL :

Les téléviseurs :

La puissance électrique d’un téléviseur augmente avec la taille de l’écran. Deux téléviseurs demême taille peuvent toutefois présenter une différence importante de puissance appelée.

Pour les téléviseurs de grande taille, la règle simple d’estimation de la puissance (puissanceen Watt = diagonale en cm + 10) perd de sa validité.

Lorsqu’un téléviseur n’est jamais éteint complètement, sa consommation annuelle en veillepeut dépasser sa consommation en fonctionnement pour une durée d’utilisation normale !

Autres appareils :

Les taux d’équipement en nouveaux matériels périphériques du téléviseur augmententrapidement (lecteur DVD, « home cinéma »…). Un «home cinéma» consomme environ 30 foisplus qu’un lecteur de DVD simple. Les magnétoscopes [10 à 15 Watts en marche et 1 à 5Watts en veilles] et les lecteurs DVD [14 à 23 Watts en marche et 1 à 4 Watts en veille] ontune consommation quasiment identique. Il est à noter que les magnétoscopes fabriqués dansles années 80 et 90 notamment peuvent présenter des puissances (en marche et en veille)jusqu’à 30 W.

Les puissances en jeu restent faibles et les gains ne sont visibles que sur un très grandnombre d’appareils par la diminution des appels de puissance en veille notamment.

Taille écran (cm) Puissance (Watt) Puissance veille (Watt)

36 30 à 43 0,5 à 4

55 52 à 80 0,5 à 14

70 75 à 125 0,3 à 6

82 95 à 170 0,5 à 6

183

Gare aux consommations en veille :

La diminution du fonctionnement des veilles sur les téléviseurs, magnétoscopes et lecteursDVD ou tout autre appareil ne fonctionnant que très occasionnellement passe par unesensibilisation importante des utilisateurs. Sous la pression de directives européennes, lesconstructeurs ont conçu de nouveaux appareils possédant de faibles puissances de veille. Enquelques années cette puissance a été divisée par dix.

En effet, la consommation totale durant la veille est souvent nettement plus importante que laconsommation pendant la période d’utilisation.

EQUIPEMENTS «INTELLIGENTS» :

Face aux contraintes de distribution et de production apparues ces dernières années danscertains états des Etats Unis, de nouveaux appareils électroménagers « intelligents » ont étéconçus par les fabricants. Leur diffusion est incitée par les distributeurs d’électricité, sousforme de communication et/ou de primes au remplacement.

Citons par exemple les réfrigérateurs dont la mise en route et l’arrêt du compresseur sontpilotées par deux grandeurs : la température intérieure de consigne et la tension d’alimentationde l’appareil. Le compresseur du réfrigérateur s’arrête lorsque la tension du réseau descendau dessous d’un certain seuil, qui correspond aux périodes de contraintes sur le réseau bassetension et aussi, souvent, aux périodes de pointes côté production. Pour des raisons desécurité sanitaire, la température reste le paramètre prioritaire de pilotage du compresseur.

Ce type d’équipement, qui ne présente pas de contraintes d’utilisation, offre l’avantage dedélester des charges sur le réseau exactement au moment où le réseau en a le plus besoin(voir également à ce sujet la fonction « décaleur » du DAT présenté à la fiche N°1).

184

D . 5 - L’ÉCLAIRAGE

1. PRÉSENTATIONLa qualité de la lumière se caractérise par la température et l’indice de rendu des couleurs,alors que la quantité de lumière dépend du niveau d’éclairement souhaité.

1.1 COULEURS ET TEINTES DE LA LUMIÈRE :

La couleur de la lumière artificielle a une action directe sur la sensation de confort liée àl’ambiance lumineuse d’un espace. Une lumière de couleur "chaude" est composéemajoritairement de radiations rouges et oranges. C’est le cas des lampes à incandescenceclassiques. Les tubes fluorescents standards génèrent une lumière plus "froide", composéeprincipalement de radiations violettes et bleues. Plus la température de couleur est basse, plusla lumière a une teinte chaude. Le tableau ci-dessous illustre la variation de la sensation deconfort de l’ambiance lumineuse d’un local en fonction du niveau d’éclairement qui lui estfourni.

185

1.2 LES NIVEAUX D’ÉCLAIREMENT :

Les préconisations classiques en terme de qualité et quantité de lumière moyenne dansl’habitat en fonction du type de pièce sont les suivantes :

Si ces éléments chiffrés permettant de quantifier l’éclairage sont nécessaires, il y a lieutoutefois de garder à l’esprit que la notion de Lux n’est pas suffisante pour définir à elle seulela qualité d’un éclairage, car elle reste peu représentative du confort visuel. Un systèmeperformant sera celui qui apporte l’éclairage nécessaire et suffisant en fonction de l’activitédans la pièce, et des habitudes et souhaits des utilisateurs.

1.3 QUELQUES DÉFINITIONS :

L’éclairement (en lux) est la quantité de lumière reçue par unité de surface (m2). C’est lagrandeur la plus fréquemment mesurée. L’éclairement doit être au moins égal à la valeurréglementaire. Cette grandeur est facile à mesurer à l’aide d’un luxmètre.

La luminance (en candela / m2) indique l’intensité lumineuse produite ou réfléchie par unesurface donnée. Elle permet d’apprécier l’éblouissement. Cette valeur varie selon l’état dessurfaces réfléchissantes et de l’éclairage naturel. Cette grandeur est mesurée par unspécialiste à l’aide d’un luminancemètre.

L’efficacité lumineuse (en lumen / watt) est le rapport entre la quantité de lumière émise parune source par unité de temps (le flux lumineux, en lumen) et la puissance électrique absorbéepar celle-ci. Plus l’efficacité lumineuse est grande, moins la lampe sera consommatriced’électricité, pour un éclairement donné. Elle varie de 10 lm/W pour les lampes àincandescence à 180 lm/W pour les lampes à décharge les plus performantes.

L’indice de rendu des couleurs (IRC) caractérise la capacité de la lumière à rendre de manièrefiable les couleurs des objets éclairés. Pour un usage normal, l’indice de rendu des couleursse situe aux alentours de 85. Des tâches spécifiques (arts graphiques, commerces) peuventexiger des IRC de 95. La valeur de l’indice s’échelonne entre 50 «mauvais» et 100 «excellent».

PiècesTempérature de couleur habituelle en

KelvinNiveau d'éclairement moyen

en Lux

Entrée 2500 à 4500 250

Séjour 1500 à 2500 250 à 325

Bureau 2500 à 4500 325

Chambre 2500 175 à 250

Cuisine 2000 à 2500 425

Salle d'eau 2000 à 2500 325

Circulation 2500 à 4500 175 à 250

186

2. LES SOURCES LUMINEUSES

2.1 DÉFINITION :

Il existe deux grandes classes de lampes :

• les lampes à incandescence,

• les lampes à décharge.

En éclairage intérieur, on utilise principalement les lampes fluorescentes (appartenant à lacatégorie des lampes à décharge) et incandescentes.

Les lampes fluorescentes sont de deux types :

• les tubes (standard ou à haut rendement) souvent appelés à tort «néon »,

• les lampes fluocompactes avec culot standard (à vis ou baïonnette) dites «fluocompactes desubstitution » ou sans culot standard, dites «fluocompactes d’intégration ».

2.2 DONNÉES TECHNIQUES :

Ces données permettent de comparer les sources entre elles : elles ne prennent pas encompte l’incidence éventuelle des luminaires ou des appareillages sur les performances. Ladernière colonne donne une indication du coût de la source lumineuse, ramené au fluxlumineux qu’elle produit.

LampesPuissance

(W)

Efficacitélumineuse

(lm/W)

Indice derendu descouleurs

Température decouleur (K)

Durée de vie(heures)

InvestissementcentimesEuro/lm

Incandescentes

Standard 25 à 200 8,4 à 15,5 100 2700 1000 0,07 à 1,00

Halogène bassetension

100 à2000

16 à 24 100 2900 2000 0,33 à 0,76

Halogène trèsbasse tension

5 à 100 12 à 22 100 3000 2000 à 4000 1,50 à 8,30

Fluorescentes

Bas de gamme 18 à 58 64 à 80 55 à 80 2900 à 6500 10000 à 14000 0,32 à 0,53

Haut rendement 14 à 58 80 à 104 85 à 95 2700 à 6500 12000 à 14000 0,33 à 0,89

Compacte desubstitution

5 à 23 50 à 65 85 2700 à 6000 10000 à 12000 3,00 à 10,0

Compacted'intégration

5 à 55 50 à 87 85 2700 à 6000 10000 0,63 à 7,00

Autre lampe àdécharge

Vapeur de mercurehaute pression

50 à 1000 28 à 58 40 à 60 3400 à 4300 16000 à 29000 0,31 à 0,86

Vapeur de sodiumbasse pression

18 à 180 100 à 183 -jaune

monochromatique18000 à 21000 0,49 à 3,00

Vapeur de sodiumhaute pression

35 à 1000 50 à 130 20 à 80 2000 à 2200 12000 à 55000 0,02 à 2,00

Iodures métalliques 35 à 2000 70 à 95 65 à 90 3000 à 10000 6000 à 14500 0,37 à 2,00

187

2.3 APPAREILLAGE D’ALIMENTATION :

Les lampes à incandescence ne nécessitent aucun appareillage d’alimentation spécifique. Enrevanche, les autres lampes nécessitent toutes des appareillages d’alimentation répondantaux fonctions suivantes :

Ces appareillages d’alimentation augmentent la consommation globale de la lampe de l’ordrede 5 à 20% maximum. Pour les lampes fluocompactes d’intégration, la consommation duballast est de l’ordre de 4 à 5 W. Pour les lampes à iodure métallique, la consommation duballast est généralement de l’ordre de 8%.

Les ballasts électroniques des lampes fluorescentes sont conçus pour remplir à eux seulsl’ensemble de ces trois fonctions. Ils permettent également d’augmenter la durée de vie deslampes et de supprimer l’effet stroboscopique lors de l’allumage. Leur consommation estréduite mais leur coût est plus élevé.

La directive européenne 2000/55/CE, qui fixe des exigences de rendement énergétique pourles ballasts, va conduire à la disparition progressive des ballasts électromagnétiques.

Certaines séries d’appareillages électroniques récents apportent d’autres fonctions comme lapossibilité de faire varier le flux lumineux d’une lampe fluocompacte ou la mettre en marcheautomatiquement sur détection d’obscurité.

2.4 LAMPES FLUOCOMPACTES ET MINUTERIES

Un mode d’utilisation présentant de très nombreux cycles d’allumage peut limiter fortement ladurée de vie des lampes fluocompactes par un vieillissement prématuré du ballast. Pourpermettre le fonctionnement de lampes basse consommation sur minuterie, certainsfabricants ont développé des ballasts électroniques spécifiques, plus robustes, qui acceptentjusqu’à 500 000 démarrages. En considérant des cycles d’allumage de 1,5 minutes (ce quiest relativement court pour une montée d’escalier par exemple), le ballast a alors une duréede vie de l’ordre de 12 500 heures, ce qui correspond à la durée de vie de la lampe (exemplede la Dulux EL Facility de Osram). Si le flux lumineux nominal n’est atteint qu’au bout d’unecentaine de secondes, 85% du flux est disponible en moins de 0,5 seconde, ce qui rend cetype de lampe adapté à l’éclairage de zones de circulation.

Fonctions Appareillage

Stabilisation Ballast ou convertisseur

Amorçage Starter ou amorceur (lampes haute pression)

Compensation Condensateur

188

3. LES LUMINAIRES

3.1 LE CHOIX DU LUMINAIRE :

Le luminaire a pour fonction principale de diffuser la lumière selon un éclairage direct ouindirect. Il sert aussi de protection à la lampe (chocs, poussière, humidité…)

Son choix a une incidence importante sur le rendement de l’installation.

Les luminaires se distinguent par leur classe photométrique, qui indique la distribution dansl’espace du flux lumineux autour du luminaire : pour l’hémisphère inférieure (éclairage direct),les classes vont de A à J. A correspond à une diffusion plus ciblée de la lumière sous leluminaire, et J à une diffusion large. La classe T caractérise le flux répartit dans l’hémisphèresupérieure du luminaire ; elle correspond à un éclairage indirect.

Il est préférable de choisir un éclairage direct à un éclairage indirect qui s’avère plus coûteuxen investissement et en exploitation (augmentation de la puissance installée). Cependant,l’éclairage indirect est plus agréable et moins fatigant : pour plus d’efficacité, il devraabsolument être associé à des parois très réfléchissantes (voir au paragraphe suivant leséléments de dimensionnement de l’éclairage).

Par souci d’économie, il est recommandé de choisir un luminaire :

• ayant un rendement adapté à l’utilisation : on recherchera une uniformité de l’éclairagemoins fatigante pour les yeux,

• dont la répartition photométrique (lumineuse) permet d’envoyer la lumière sur les surfacesà éclairer.

De plus en plus de luminaires sont conçus pour accueillir aussi bien des lampes bassesconsommation que des lampes à incandescence : ils apportent un même service avec uneesthétique similaire pour les deux types de lampes.

Le remplacement de lampes à incandescence par des lampes basse consommation dans desluminaires existants nécessite toutefois de vérifier l’adaptation de ces dernières avec leluminaire utilisé. Ce changement n’est souvent pas réalisable lorsqu’il s’agit de luminairesencastrés ou de luminaires sous forme de spot. Pour les autres types, les différents formatsdes lampes basse consommation permettent de s’adapter à de nombreux cas.

189

3.2 LE RENDEMENT PHOTOMÉTRIQUE :

Dans le cadre d’un dimensionnement d’éclairage, la caractéristique principale du luminaire àprendre en compte est son rendement photométrique, donné par le fabricant, qui précise laluminance et la répartition des intensités lumineuses. Il est de la forme aX + bT où :

• a et b sont des coefficients compris entre 0 et 1, qui caractérisent le rendement par classede luminance,

• X est une lettre comprise entre A et J qui indique la classe du luminaire en éclairage direct.Pour le calcul du rendement, X devient la valeur à lire dans le tableau d’utilance pour laclasse concernée,

• T est la valeur de luminance à lire dans le tableau de luminance pour la classe « T »(éclairage indirect). Pour les luminaires à éclairage direct uniquement, seul le premier termedu rendement photométrique est indiqué.

Par exemple, les plafonniers classiques accueillant des tubes fluorescents (très répandus entertiaire) présentent un rendement photométrique qui peut varier de 0,46D à 0,73D (classesB C D en général – source Mazda). Pour des sources identiques, le choix d’un luminaireperformant peut dans ce cas apporter jusqu’à 60% de lumière en plus.

Exemple de tableaux d’utilance : classes J et T.

Le rapport de suspension J (de 0 ou 1/3 dans ces tableaux) et l’indice du local sont définis auparagraphe « éléments géométrique » du chapitre dimensionnement ci-après.

190

4. ELÉMENTS DE DIMENSIONNEMENT

La puissance d’éclairage à installer dans une pièce dépend :

• des caractéristiques de la pièce : dimensions et couleurs des parois,

• du niveau d’éclairement souhaité. Pour une habitation il varie entre 100 et 500 lux,

• du type de source utilisé,

• du type de luminaire utilisé : choix de diffusion de la lumière plus ou moins ciblée et choixd’émission de la lumière de façon directe et/ou indirecte.

Pour un avant projet d’éclairage, la puissance peut être déterminée en remplissant les 3 tableaux suivants. Les colonnes en italique correspondent à des données d’entrée ; lescolonne grisées à des résultats issus de calculs (sombre) ou de la lecture d’abaques (plusclair). Cette méthode simplifiée est inspirée des méthodes de dimensionnement proposées parles fabricants dans leurs catalogues.

4.1 ELÉMENTS GÉOMÉTRIQUES :

La hauteur de suspension C est la distance entre le luminaire et le plafond. La hauteur utileD est la distance entre le plan de travail et le luminaire. Les valeurs ci-dessus correspondentà une hauteur totale de pièce de 2,6 m avec un plan de travail à 0,8 m du sol.

L’éclairement, en Lux, représente l’objectif à atteindre, il est déterminé en fonction de lanature de la pièce et/ou de l’activité exercée (voir le tableau au paragraphe 1.2 ci-avant ; pourles activités industrielles, se référer aux normes de l’AFE disponibles dans les principauxcatalogues d’éclairage).

Les 3 colonnes grisées représentent des éléments déterminés à partir des caractéristiques dulocal qui sont nécessaires pour la suite du dimensionnement.

A B C D E F J K

zone longueur largeurHauteur desuspension

Hauteurutile

éclairement(lux)

facteur deréflexion

rapport desuspension

J

Indice delocal K

Pièce 1 10 10 0,1 1,7 250 751 0,06 2,9

Pièce 2 5 5 0,1 1,7 250 751 0,06 1,5

191

F est le facteur de réflexion, qui dépend de la couleur des différentes parois du local. Il estdéterminé à partir du tableau ci-dessous :

Par exemple pour une pièce comportant un plafond et des murs clairs avec un plan de travailsombre, on obtient un facteur de réflexion de 751.

J est le rapport de suspension ; il dépend de la hauteur de suspension du luminaire et de lahauteur entre le plan de travail et le luminaire : J = C / (C + D). Les tableaux des cataloguesconstructeurs sont généralement donnés par défaut pour J=0 et J=1/3 uniquement. Letableau à utiliser est celui approchant la valeur calculée soit J=0 dans le cas présenté.

K est l’indice du local ; il dépend de la géométrie de la pièce et de la hauteur utile : K = D x(A x B) / (A + B).

4.2 INFLUENCE DU LUMINAIRE ET DÉTERMINATION DE LA QUANTITÉ DE LUMIÈRE :

Le rendement du luminaire est déterminé à partir de l’indice du local, du facteur de réflexion,de la classe du luminaire et du rapport de suspension J, en utilisant les tableaux d’utilanceprésentés au paragraphe « rendement photométrique » ci-avant.

Pour une lampe nue, le rendement est égal à 1, et l’utilance considérée correspond à lamoyenne entre l’éclairage direct large (classe J) et indirect (classe T).

La quantité de lumière nécessaire (en Lumen) pour obtenir le confort souhaité est le produitde l’éclairement par la surface, minorée du rendement du luminaire et de l’utilance : Q = A xB x E / (R x U /100)

R U Q

type de luminairenb lampe

parluminaire

rendementluminaire

classe utilance Qté lumière

(lumen)

Pièce1 Fluorescente Fluo-compactes 1 1 J;T 68 36 800

Pièce2 Incandescente Sphérique 1 1 J;T 54 11 600

Blanc Jaune Gris / Bleu Vert / Brun / Rouge Noir

Très clair Clair Sombre Très sombre Nul

Plafond 8 7 5 3 0

Murs 7 5 3 1 0

Plan utile 3 3 1 1 0

192

4.3 DÉTERMINATION DU NOMBRE DE LAMPES ET DE LA PUISSANCE INSTALLÉE :

Le nombre de lampes nécessaire est simplement le rapport entre la quantité de lumière et leflux lumineux par lampe : N = Q / L ; la puissance électrique installée est le produit de lapuissance unitaire par le nombre de lampe retenue.

4.4 LIMITES DE LA MÉTHODE :

Il y a lieu de garder à l’esprit que les méthodes de dimensionnement imposent un éclairementminimum sur toute la surface de la pièce considérée, ce qui est rarement le cas dans la réalité.En particulier en domestique, l’éclairage des pièces est souvent peu uniforme, sensation deconfort et esthétique étant étroitement liée pour le choix de l’éclairage. En outre, une lumièreplus chaude (température de couleur plus élevée) nécessitera un niveau éclairement plusfaible pour apporter une même sensation de confort.

D’autres facteurs entrent en jeu pour le dimensionnement d’un système d’éclairage : le facteurd’utilisation, le facteur de dépréciation, l’espacement maximum entre les luminaires…

Ces éléments sont généralement détaillés dans les documentations des fabricants. Certainsproposent gratuitement un logiciels de dimensionnement qui permet de choisir aisémentsources et luminaires parmi la gamme de la marque.

P L N

typelampe

puiss unitflux lm par

lampenb lampecalculé

nb lamperetenu

nbluminaires

Plampes(W)

Pelec.Totale

(W)

Densitéde Pelec.

Totale(W/m2)

Pièce1 fluo 20 1200 30,7 31 31 620 653 6,5

Pièce2 inc 100 1200 9,7 10 10 1000 1000 40

193

D . 6 - LES SOLUTIONS DE MDE POUR LESEXPLOITATIONS AGRICOLES

1. USAGES DE L’ÉLECTRICITÉ ET SOLUTIONS DE MDEGÉNÉRALES

Les deux principales énergies utilisées par le secteur agricole en France sont le fiouldomestique (49,5 %) et l’électricité (27,3 %), loin devant les autres sources d’énergie (GPL,gazole, essence, gaz naturel). Si la consommation de fioul domestique est principalementdestinée à l’usage « tracteurs et automoteurs », les usages de l’électricité sont plus variés,comme le montre le tableau suivant :

Données : Consommation d’énergie des exploitations agricoles, CUMA et ETA en 1992, Agreste,Données chiffrées n° 58, mai 1994, avec l’ancienne conversion 1 TEP = 4500 kwhe.

La fourniture d’une électricité de qualité dans les exploitations agricoles est d’autant plusimportante que les usages de l’électronique et de l’informatique s’y développent. Descoupures, par exemple, pendant la traite ou pendant le refroidissement du lait peuvententraîner des pertes financières importantes.

Les solutions proposées dans les fiches de ce catalogue sont, pour la plupart, adaptables auxbâtiments agricoles et permettent de minimiser l’impact des exploitations et des habitationsvoisines sur les défauts de tension.

• Les techniques de la famille « interventions réseau ». peuvent être évidemmentintéressantes. L’équilibrage des phases peut souvent être amélioré par des travaux simples :passage du branchement de ballons d’eau chaude triphasés de monophasé en triphasé,répartition de l’éclairage des élevages industriels sur plusieurs phases etc.

Usages Consommation d'électricité réseau Total usage Part élec. / usage

milliers TEP/an % milliers TEP / an %

Chauffage et éclairage

Locaux d’élevage 236 20 409 58%

Autres locaux 109 9 636 -

Autres consommations

Laiteries 288 24 288 100%

Irrigation 230 19 270 85%

Autres moteurs 301 25 336 90%

Autres 32 3 64 50%

Total professionnel 1196 100% 4387 27%

194

• La plupart des solutions de la famille « gestion de l’énergie » peut être adaptée auxbâtiments agricoles. Les solutions concernant le chauffage sont applicables aux élevagesindustriels sous réserve de tenir compte des techniques les plus fréquentes dans cesbâtiments : les radiants suspendus et les plaques chauffantes (en particulier dans lesélevages porcins). Le décalage de l’eau chaude sanitaire peut être particulièrementintéressant sur les élevages laitiers en tarif EJP pour éviter que cet usage se mette enmarche pendant la traite.

• Les techniques de l’ « électronique de puissance » ont tout à fait leur place dans le secteuragricole puisque de nombreuses perturbations brèves de l’alimentation électriqueproviennent des courants d’appel au démarrage des moteurs. L’installation de démarreursélectroniques lors d’une opération expérimentale a donné de bons résultats.

• Les « matériels performants » non spécifiques aux usages agricoles développés dans cecatalogue concernent principalement l’éclairage. L’installation de tubes fluorescents estparfois plus simple que celle de LBC. Le choix sera à faire au cas par cas.

• Dans la famille « multi-énergies », l’installation d’un chauffe-eau solaire est tout à faitenvisageable. Il y a lieu toutefois de comparer cette solution par une analyse technico-économique avec le récupérateur de chaleur sur le groupe froid.

• Les « améliorations thermiques du bâtiment » et de la ventilation sont applicables à tousles usages demandant de fournir un certain confort, ce qui est le cas des bâtimentsd’élevage en général.

• La « production décentralisée d’électricité » permet d’associer, dans la plupart des cas, unsoulagement du réseau avec une très forte amélioration de la sécurité de fourniture qui estindispensable sur les élevages industriels avec besoins de ventilation et de chauffage.

Nous développons ensuite les solutions spécifiquement adaptées aux deux usages principauxde l’électricité que sont les blocs de traite des élevages laitiers et les systèmes d’irrigation.

195

2 LES SOLUTIONS DANS LES BLOCS DE TRAITELes exploitations laitières françaises consomment environ 1 300 000 MWh électriques paran, soit 24% du secteur agricole. Elles sont raccordées, pour la plupart, au réseau bassetension ; elles subissent ou provoquent (ou les deux) parfois des chutes de tension. Le blocde traite rassemble les usages spécifiques à la traite : tank de refroidissement du lait, pompeà vide de la machine à traire et le plus souvent la production d’eau chaude nécessaire pour lenettoyage des quais, de la machine à traire et du tank.

Des mesures de consommations et de puissances appelées ont été réalisées, au cours d’uneexpérimentation, sur les principaux appareils du bloc de traite cités plus haut. Elles ont permisd’estimer les consommations électriques annuelles portées sur ce graphique.*

* Certains élevages ont des caractéristiques particulières : N°1 consigne de température d’eau chaude très importante, N°7 une

fuite détectée sur le circuit d’eau chaude, N°4 n’a pas de ballon électrique pour la production d’eau chaude mais un récupérateur

sur le condenseur.

Nous retrouvons sur ce graphique les 3 usages principaux cités précédemment.

La rubrique "autres" comprend les autres usages du bloc de traite et de l'exploitation agricole,par exemple : pompe à lait, pompe de puits, éclairage etc…

Source : FR2E.

196

1 – SOLUTIONS COMMUNES AVEC LE SECTEUR DOMESTIQUE

Nous remarquons que pour les 3 premiers élevages, de taille relativement faible, la productiond’eau chaude est l’usage prépondérant. On peut donc se reporter au développement relatif àcet usage et aux fiches 9 et 28.

En général, les élevages laitiers ne demandent pas de chauffage.

Les améliorations concernant l’éclairage sont intéressantes mais rarement primordiales, saufdans certains cas particuliers (utilisation de nombreux projecteurs halogènes par exemple).

Les solutions de production décentralisée d’électricité telle que la cogénération sontdifficilement applicables dans les exploitations laitières car les besoins de chaleur sontgénéralement insuffisants, même sur les élevages importants.

2 – SOLUTIONS SPÉCIFIQUES AUX BLOCS DE TRAITE

• Optimisation des conditions de fonctionnement du tank. Des travaux simples peuventpermettre de réaliser jusqu'à 20% d'économies d'électricité sur la consommation du tank :nettoyage du condenseur et amenée directe d’air frais améliorant fortement la ventilationde refroidissement du condenseur.

• Optimisation de la conduite du lavage de la machine à traire. La consommation de cet usagepeut être fortement diminuée par la baisse de la température de consigne du chauffe-eau(souvent excessive). Attention malgré tout : il faut avoir une consigne suffisante adaptée auxproduits lessiviels utilisés.

• L’installation d’un récupérateur de chaleur sur le condenseur du groupe froid permet dediminuer de près de 80% la consommation d’électricité due à la production d’eau chaude(voir fiche 25).

• Lorsque la taille de l’élevage augmente, les solutions spécifiques au tank à lait deviennenttrès intéressantes tant au niveau du potentiel d’économies d’énergie que de diminution depuissance appelée (voir fiches 24 et 12). La fiche 24 concerne l’installation d’un pré-refroidisseur entre la pompe à lait et le tank accompagnée éventuellement du décalage dutank à la fin de la traite. La fiche 12 décrit celle d’un tank à eau glacée qui entraîne undécalage de puissance important et une très forte augmentation de la sécurité de productionde froid.

197

3. LES SOLUTIONS CONCERNANT L’IRRIGATION AGRICOLE

L’énergie électrique utilisée pour l’irrigation dépend :

1/ du volume d’eau prélevé et apporté aux cultures qui est lié aux besoins des différentescultures susceptibles d’être irriguées, aux réserves en eau du sol, et à la pluviométrie del’année.

La ressource en eau, c’est-à-dire le volume disponible avant le démarrage de l’irrigation, peutêtre un facteur limitant globalement l’usage de l’irrigation sur une exploitation (ou un ensembled’exploitations). Plusieurs régions sont en déficit chronique de ressources en eau.

2/ de la pression nécessaire au fonctionnement des matériels de distribution de l’eau sur lesparcelles ; en effet, la mise en pression de l’eau d’irrigation est nécessaire pour la distributionde l’eau dans la grande majorité des systèmes d’irrigation.

Seuls les systèmes d’irrigation gravitaire, très souvent antérieurs au XX° siècle, ne nécessitentpas de mise en pression de l’eau. Ils fonctionnent souvent par immersion temporaire, partielleou totale de la parcelle.

La valeur de la pression dépend de l’origine de l’eau (pompage en nappe, en cours d’eau…),de la nature et de la taille du réseau de distribution (zone de vallée ou de coteaux, réseauindividuel ou collectif…) et des caractéristiques des matériels de distribution de l’eau. Lapression en sortie de pompe peut ainsi varier de 5-6 bars, à plus de 15 bars.

3/ du rythme de fonctionnement de l’irrigation qui est un besoin ponctuel dans l’année, engénéral, pendant la période estivale (il existe aussi un usage spécifique dans le cadre de lalutte contre le gel de printemps des vergers). La période d’irrigation dure environ 3 mois.

Les différents systèmes d’irrigation utilisés actuellement en France sont répartis de la manièresuivante : l’enrouleur couvre 70% des surfaces irriguées, le pivot 15 à 20%, la couvertureintégrale ( ou quadrillage par asperseur) 5 à 10% et l’irrigation localisée (micro-irrigation) 3 à5%. Ceci est préjudiciable au niveau consommations énergétiques et puissances appelées dece secteur puisque les études comparatives montrent que l’enrouleur est le système le moinsperformant de ce point de vue. Ses autres avantages, liés notamment à sa facilité de mise enoeuvre, font que son usage est très développé.

198

Les graphiques suivants montrent la répartition de la demande en énergie hydraulique et cellede la puissance appelée dans les différents systèmes d’apport en eau au niveau d’une parcelleet au cours d’une saison. Ils sont issus des travaux de Xavier GOOSSENS *.

Les techniques économes sont distinctes pour l’amont « groupe de pompage » et pour l’aval« système de distribution d’eau ».

* Impact des projets d’irrigation en termes de consommation énergétique et d’émissions de gaz à effet de serre (développe un

exemple de projet à l’étranger mais comprend des informations générales applicables en France: Xavier GOOSSENS – Université

de Bordeaux 1 et FFEM –Fond Français pour l’Environnement Mondial.

199

1 - SOLUTIONS CONCERNANT LE GROUPE DE POMPAGE

L’optimisation du rendement du groupe de pompage et, en particulier, du moteur peut êtreappliquée à tous les usages de moteurs. Le potentiel est important car l’ensemble des moteurscorrespond à 44% de la consommation électrique du secteur agricole. Les nouveaux matérielsprésentés dans la fiche 26 sont installés actuellement essentiellement dans l’industrie ; leurpénétration dans le monde agricole pourrait être favorisée par l’impact sur la résolution descontraintes.

2 - SOLUTIONS SPÉCIFIQUES AUX SYSTÈMES D’IRRIGATION

Différentes techniques permettent d’améliorer le rendement de la distribution d’eau pour unemême qualité de distribution. Pour obtenir des explications plus détaillées, se reporter auxdocuments : Optimisation énergétique de l’irrigation agricole : ADEME (Département MDE) –SOLAGRO 2001.

Les enrouleurs

• Les programmateurs performants de gestion de l’enrouleur permettent de maîtriser la dosepar régulation électronique d’avancement et contrôle de la pression au canon.

• Il y a des technologies nouvelles : le gun corner qui est une nouvelle génération de canonpermettant de faire des économies d’eau donc d’énergie, l’inverseur de canon et le brise-jet qui sont des systèmes plus simples diminuant les pertes en bout de parcelle.

• L’utilisation de la rampe sur enrouleur entraînerait une diminution de la pression nécessairemais cette technique est encore en cours de test.

Les pivots

• Il existe également des programmateurs pour les pivots.

• Les cannes de descente sont des systèmes possédant des diffuseurs à plus basse pressionqui remplacent les arroseurs. Les essais concernant ces matériels sont assez récents.

La couverture intégrale

Il faut développer :

• les systèmes électroniques commandant l’ouverture des vannes hydrauliques automatiques,

• l’usage des systèmes de régulation de la pression sur les asperseurs.

200

D . 7 - LA FILTRATION DESPISCINES PRIVÉES

1. GÉNÉRALITÉSLa figure 1 représente le schéma de principe du circuit de filtration des piscines privées.

Figure 1 : L'eau reprise en surface et au fond est aspirée par la pompe (1), filtrée (2), traitéeet réinjectée dans le bassin.

La réglementation pour la filtration des piscines privées n’existe pas. Le temps de recyclageest communément pris entre 3 et 9 heures. Plus les piscines sont situées au sud de la France,plus la durée du cycle est courte de 3 à 6 heures. Ce qui autorise plusieurs recyclages dansla journée. Ces valeurs sont à moduler en fonction de l’environnement du bassin (présence devégétation, bassin couvert, …)

Il semble que le débit des pompes soit souvent calculé en divisant le volume du bassin par 6( 6 heures pour la durée du cycle de filtration qui autorise un double recyclage total en 12heures). Dans un environnement particulièrement polluant un coefficient de 1,2 est appliqué.

Pour les piscines privées la réduction des consommations d’électricité des pompes de filtrationpeut se situer à deux niveaux :

• au moment de la conception,

• en cours d’exploitation.

Une étude effectuée pour l’ADEME a montré que la moitié des piscines visitées ont une pompede filtration mal dimensionnée. Souvent le diamètre du circuit hydraulique est trop faible ou lapompe est trop puissante.

Une réflexion initiale, un dimensionnement effectif et éventuellement un légersurinvestissement au moment de la réalisation peuvent engendrer des économies.

201

2. CHOIX DE LA POMPELa méthode logique pour choisir la pompe se décompose de la façon suivante :

• le volume du bassin et son temps de recyclage, en accord avec la réglementation dans lecas des piscines publiques, imposent le débit,

• la nature des canalisations, leurs diamètres, leurs longueurs et les singularités du circuitpermettent d’évaluer les pertes de charges,

• la perte de charge du filtre propre est, théoriquement, donnée par le constructeur,

• la somme des pertes de charge donne la hauteur manométrique que doit vaincre la pompepour le débit considéré,

• la sélection de la pompe est faite à partir de sa caractéristique hauteur manométrique/débit.

La plupart du temps, pour les piscines privées, la valeur retenue pour les pertes de charge ducircuit est de 10 m de colonne d’eau, quel que soit le circuit.

Exemple de dimensionnement :

Pour une piscine privée de 8*4 m, soit 32 m2 et de 1,5 m de profondeur, le volume du bassinest de 48m3.

Dans le sud de la France, avec un bassin proche de la végétation, on choisit un temps derecyclage de l’eau de 4 heures. Cela impose un débit dans le circuit de 12 m3/h.

La filtration est faite avec un filtre à sable. La vitesse de filtration souhaitée est de 35 (m3/h)/m2. Dans ces conditions la surface de filtration est de 12/35= 0,34 m2.

Parmi les filtres existant sur le marché le choix peut être :

Soit un filtre qui a une surface de filtration de 0,28 m2 qui conduira à une vitesse de 41 (m3/h)/m2 soit un filtre de surface de filtration de 0,44 m2 qui conduira à une vitesse de 27 (m3/h)/m2. Le filtre de 0,44 m2 coûte de 45 à 85% plus cher que le plus petit, il occupeplus de place au sol mais il permet une vitesse de filtration plus faible donc des cycles dedécolmatage plus espacés. Ce qui procure plus de confort et de simplicité de gestion àl’utilisateur mais n’engendre aucune économie d’énergie.

Les pertes de charges du circuit sont décomposées de la façon suivante :

• tuyauterie et singularités : 4,8 m de colonne d’eau,

• filtre propre : 5 m de colonne d’eau,

• pièces diverses (écrémeurs, pièce de fond, …) : 1,5 m de colonne d’eau.

Soit un total de 11,3 m de colonne d’eau quand le filtre est propre.

Quand le filtre nécessite un décolmatage les pertes de charges augmentent de 4 m.

202

Tableau 1 : La pompe doit avoir les caractéristiques suivantes

En reportant les point q1, q2, H1 et H2 sur la caractéristique Débit/Hauteur manométrique dutableau ci dessous, le choix se porte sur la pompe de 0,74 kW de puissance initiale. Quand lefiltre est encrassé le débit q (14,3 m3/h) est compris entre q1 et q2, ce qui est correct.

La caractéristique Débit/Puissance indique la puissance absorbée (P1=1100 W).

Tableau 2 : Caractéristiques des pompes inspirées des documentations ASTRAL

Si la pompe est surdimensionnée (choix du modèle supérieur 1,1 kW) le débit q’1 va passer à19,5 m3/h et la puissance appelée à 1400 W (P2), soit une augmentation de 28%.

3. CONCLUSIONL’exploitation d’une piscine privée ne se limite pas qu’à son nettoyage et à l’apport desproduits désinfectants. Le temps de filtration est un paramètre qui évolue au cours de la saisonet en fonction de l’utilisation du bassin. Une horloge s’impose.

Bien souvent les installations ont des horloges qui fixent une durée de filtration trop longue.

Pour les piscines privées l’expérience montre que l’adhésion aux solutions MDE estgénéralement très faible alors que, dans les territoires ou les départements d’outre mer, lespiscines privées représentent pourtant un des postes principaux de consommationd’électricité.

Filtre propre Filtre colmaté

Débit m3/h q1=12 q2=8,4

Pertes de charge du circuit m eau. H1=11,3 H2=15,3

203

D . 8 - PRODUCTIONDÉCENTRALISÉED’ÉLECTRICITÉ

La Production Décentralisée d’Electricité (PDE) consiste à produire de l’électricité qui est soitconsommée sur place (pour les petites installations en sites isolés), soit est injectée sur leréseau en basse tension ou en moyenne tension. La PDE considérée dans le cadred’opérations de MDE micro ou macro se limite à la production d’électricité sur un départ bassetension de façon à limiter les appels de puissance sur ce départ. Elle peut être réalisée à partird’énergies renouvelables (photovoltaïque, hydraulique, éolien) ou d’énergies fossiles (groupeélectrogène, cogénération), avec toutefois un caractère « dispatchable » très différent danschaque cas.

1. PRODUCTION DÉCENTRALISÉE D’ÉLECTRICITÉ PAR

ÉNERGIES RENOUVELABLES

1.1 SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE RACCORDÉ AU RÉSEAU :

Le solaire photovoltaïque raccordé au réseau consiste à utiliser des modules (ou « capteurs »)solaires photovoltaïques pour produire de l’électricité à partir des photons du rayonnement dusoleil. Le champ solaire (ensemble de modules photovoltaïques), qui produit du courantcontinu, est couplé à des onduleurs spécifiques synchronisés au réseau.

Le coût de la productiond’électricité à partir duphotovoltaïque est élevé. Afind’optimiser la production d’ungénérateur, le champ solaire doitêtre installé face au sud et avecune inclinaison optimum de 30°(pour la métropole). Uneattention particulière doit êtreportée à la végétation et auxconstructions voisines afin devérifier qu’elles ne projettentaucune ombre sur la surface duchamp solaire à n’importe quelmoment de la journée. En effet,le productible baisse rapidementavec une variation de l’orientation ou de l’inclinaison et avec la présence d’ombre portée à unmoment quelconque de la journée.

Les champs solaires sont souvent installés en toiture de bâtiment ou comme pare-soleil. Deskits solaires photovoltaïques raccordés réseau sont disponibles pour des puissances dequelques kWc (le Watt crête est l’unité qui caractérise les modules photovoltaïques : il indiquela puissance maximale que peut délivrer le module lorsqu’il est éclairé par un ensoleillementde 1000W/m2). Les installations étant modulaires, des puissances plus importantes peuventêtre obtenues par la mise en parallèle de kits.

204

Puissance moyenne horaire (kW) délivrée par un générateur solaire

photovoltaïque de 1 kWc raccordé au réseau, orienté au sud et

incliné à 30° dans la région de Nîmes – mois de juin.

Grandeurs caractéristiques :

• 10 m2 de surface de modules photovoltaïques correspondent à une puissance de 1 kWc,

• Coût : 5,5 à 8 E HT / Wc installé,

• Production annuelle : environ 1000 kWh par an et par kWc.

Production moyenne annuelle en kWh d’un générateur de 1 kWc orienté au sud et incliné à 30° parrapport à l’horizontal.

La courbe de production indique logiquement que la production d’un générateur solairephotovoltaïque raccordé réseau dépend directement de l’ensoleillement. Elle est variable d’unejournée à l’autre (en fonction de la couverture nuageuse) mais aussi selon les saisons. Elle necorrespond généralement pas aux pointes d’appel de puissance en métropole et ne peut êtreutilisée pour réduire les pointes synchrones de façon garantie.

Cette courbe de production s’adapte mieux à certaines courbes de charge des DOM où lepoids de la climatisation est parfois très important (et augmente avec l’ensoleillement) et aussigrâce à un productible plus élevé (de l’ordre de 1300 kWh/kWc/an en Martinique parexemple).

1.2 SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE RACCORDÉ RÉSEAU SECOURU :

Les générateurs solaires photovoltaïques raccordés au réseau peuvent être couplés à desbatteries qui permettent de stocker l’énergie produite la journée pour l’utiliser en secours lorsde coupures de courant. Ce sont des installations secourues.

En général la capacité de stockage de la batterie en kWh est supérieure à 7 x Pc (puissancecrête installée en kWc). Elle est dimensionnée pour une sauvegarde des équipementsélectriques sensibles tels que les équipements de froid ou l’informatique.

Le stockage batterie peut aussi être utilisé pour injecter en parallèle au réseau de la puissanceafin de réduire les chutes de tension en cas de fort appel de puissance (voir § stockage).

1.3 EOLIEN :

La production d’électricité à partir du vent est envisageabledans les zones ventées et dégagées (bordure de mer ou zonequi domine les alentours). Des machines sont disponibles àpartir de quelques centaines de Watt. Les éoliennescommencent à produire dès que la vitesse du vent dépasse 3à 4 m/s et atteignent leur puissance nominale pour des ventsde 10 à 30 m/s. Au-delà de ces vitesses les machiness’arrêtent pour se mettre en sécurité. Les machines depuissances inférieures à 50 kW sont installées sur des mâtsà 12, 18, 24 ou 30 mètres en fonction de leur puissance etdes caractéristiques du vent sur le site. Un permis deconstruire est nécessaire pour l’installation d’une éolienne.

Photo SERT

Ville Production Ville Production Ville Production

BESANCON 870 LYON 960 NIMES 1150

BORDEAUX 1000 NANCY 850 PARIS 850

BREST 850 NANTES 920 TOULOUSE 1000

LILLE 740 NICE 1170 TOURS 880

205


• De l’ordre de 400 W/m2 couvert par les pâles,

• Coût : 1 500 à 2 500 E HT / kW,

• Production annuelle : 2 000 à 2 500 x Pnominal,

• Disponibilité : supérieure à 95 % (les arrêts de maintenance peuvent être programmés lorsdes périodes de faible vent).

La courbe de production d’une éolienne dépend de la vitesse du vent et est extrêmementvariable. En couplage réseau, les éoliennes ne peuvent pas être utilisées pour réduire lespointes synchrones de façon garantie.

206

1.4 HYDROÉLECTRICITÉ SUR CONDUITE D’EAU POTABLE :

La production hydroélectrique utilise le débit et la pression de l’eau pour produire del’électricité. Ce type d’installation peut être mis en place sur des cours d’eau à l’emplacementde moulins ou sur des conduites d’eau potable lorsque le débit et la hauteur de chuterécupérable sont suffisants.

L’installation d’une centrale hydroélectrique à l’emplacement d’un moulin nécessite uneautorisation préfectorale généralement très difficile à obtenir du fait des lois de protections descours d’eau. La procédure est simplifiée lorsque le propriétaire du site peut justifier d’un droitd’eau fondé en titre.

Dans le cas de production d’électricité sur conduite d’eau potable, une autorisation de laDDASS sera nécessaire pour l’installation de la micro-centrale et éventuellement un permis deconstruire si des travaux de génie civil sont nécessaires.

La courbe de production dépend des variations de débits d’eau. Pour que ces installationssoient économiquement rentables, il est préférable de disposer d’un débit permanent. Laproduction est alors permanente et peut permettre de réduire les puissances appelées sur undépart.

Voir aussi la fiche 39.

1.5 CONCLUSION :

Les systèmes de production décentralisée d’électricité par énergies renouvelables sansstockage, sauf dans le cas de l’hydroélectricité, sont des ressources d’énergies nonconstantes et peu prévisibles. Elles s’adaptent mal à une approche MDE de réduction despointes d’appel de puissance car leurs périodes de production ne correspondent pasforcément aux périodes de pointes d’appel de puissance sur le réseau.

Elle peuvent par contre être utilisées dans certains cas comme complément à un système detype « onduleur + batterie » (voir fiche solution N°16) pour diminuer plus en avant lessollicitations sur le réseau.

Tableau de comparaison des productions moyennes annuelles par kW et des coûtsd’investissements correspondants pour des systèmes de moins de moins de 30 kW.

Type d'énergieProduction d'énergie annuelle

par kW installéCoût moyen en Euro

Hydraulique 6 000 à 8 670 kWh 1 750 à 3 500 Euro / kW

Eolien 2 000 à 2 500 kWh 1 500 à 2 500 Euro / kW

Photovoltaïque environ 1 000 kWh 5 500 à 7000 Euro / kW

207

2. PRODUCTION DÉCENTRALISÉE D’ÉLECTRICITÉ PAR

ÉNERGIES FOSSILES

2.1 GROUPE ÉLECTROGÈNE :

2.1.1 les carburants :

La production d’électricité par Groupe électrogène utilise généralement des combustiblesfossiles type gasoil (ou fioul domestique, bénéficiant d’une fiscalité plus avantageuse) ou gaz(GPL généralement en zones rurales hors des réseaux de gaz naturel). D’autres combustibles,permettant de valoriser des ressources locales, peuvent également être utilisés : les biogaz oules biocarburants.

Les biogaz sont en général produits par méthanisation de déchets ménagers, de lisiers (pardigesteurs dans le cas d’exploitation agricole), de boues de station d’épuration, ou de toutautre déchet générant du méthane lors de sa décomposition. Leur utilisation permet de réduirefortement la facture d’achat de combustible, mais elle nécessite souvent des installationscoûteuses pour leur production qui les rend difficiles à appliquer pour des unités de petitepuissance.

Les biocarburants sont produits à partir de la biomasse. On distingue deux grandes classes debiocarburants :

• l’éthanol, obtenu à partir de cultures riches en sucre ou en amidon (blé, betterave, sorgho),

• les huiles, obtenues à partir des graines oléagineuses (colza, soja, tournesol).

Les alcools, comme les huiles, peuvent être modifiés pour obtenir des esters méthyliques ouéthyliques. Les applications sont principalement leur utilisation dans les moteurs automobileset de poids lourds. Les esters méthyliques d’huiles végétales (EMHV, plus connus sousl’appellation « Diester » ou « biodiesel »), sont souvent utilisés dans les moteurs diesel enmélange jusqu’à 30% avec du gasoil. Le retour d’expérience sur plusieurs milliers devéhicules utilitaires fonctionnant avec diesel en Europe montre qu’il est parfaitement adaptéaux moteurs diesels actuels, y compris lorsqu’il est utilisé en substitution complète au gasoil.

Le Diester est de plus exonéré de la TIPP (dans la limite de 0,33 euro par litre), ce qui n’estpas le cas des huiles brutes. Différentes opérations de diffusion de l’utilisation d’huiles commele tournesol dans des tracteurs et des groupes électrogènes présentent néanmoins desrésultats prometteurs, en terme de coût de fonctionnement et de longévité des moteurs. Leprincipal frein au développement reste le coût du carburant avec, pour l’utilisation des huilesbrutes, l’absence de moteurs spécifiquement conçus pour ces produits chez les fabricants.Pour l’utilisation des huiles, il est préférable de consulter le constructeur du moteur, certainsémettant des réserves notamment liées au bon fonctionnement des systèmes d’injection àhaute pression existants sur les moteurs les plus récents. Il est par ailleurs généralementsouhaitable de démarrer au fioul pendant la période de montée en température du moteur puisde basculer ensuite sur l’huile.

208

Les biocarburants, a minima en mélange avec le gasoil, peuvent être le combustible idéal desgroupes électrogènes en zones rurales : la contrainte du coût plus élevé est généralementlevée lorsque leur production est assurée par une filière de proximité. Il est à noter toutefoisque les groupes électrogènes fonctionnant généralement au fioul domestique (FOD),l’exonération de la TIPP sur le Diester est nettement moins avantageuse que dans le cas del’utilisation de ce carburant pour un véhicule. En effet, l’exonération étant limitée au montantdes taxes perçues sur le carburant substitué, la limite économique dans le cas du FOD se situeà un mélange avec seulement 17% de Diester.

2.1.2 Utilisation des groupes électrogènes en MDE sur les réseaux ruraux :

Les groupes électrogènes permettent :

1. une sécurisation de l’alimentation en électricité. En cas de coupure réseau, ils prennent lerelais du réseau pour l’alimentation en électricité de l’exploitation. La nécessité d’un secoursélectrique peut être essentielle pour certaines exploitations agricoles comme les élevages horssol qui nécessitent un chauffage ou une ventilation permanente des bâtiments d’élevages.

2. une optimisation tarifaire en se substituant au réseau durant les périodes ou le prix derevient du kWh produit par le groupe électrogène est inférieur au prix de vente de l’électricité(cas des abonnements EJP par exemple).

Ces deux fonctions peuvent se cumuler afinde réduire le coût d’exploitation du groupeélectrogène. En effet les démarragespériodiques et l’entretien régulier (vidange,remplacement des filtres…) nécessaire aubon fonctionnement du groupe repré-sentent, en plus de la consommation encarburant, une part importante de son coûtd’exploitation. Pour un groupe diesel, laconsommation en carburant est de l’ordrede 0,3 à 0,35 l par kWh électrique produit.

Photo : ADEME.

Le groupe électrogène peut également être utilisé pour optimiser la puissance souscrite, enassurant l’alimentation en électricité d’équipements de forte puissance qui nécessiteraient unepuissance d’abonnement plus élevée pour un nombre d’heures de fonctionnement annuelfaible. L’intérêt économique de cette diminution d’abonnement est toutefois à relativiser auregard de la tranquillité d’exploitation apportée par la possibilité de faire fonctionner cesusages sur deux sources distinctes.

209

Le coût d’investissement doit prendre en compte les éléments annexes qui peuvent êtrenécessaires au fonctionnement du groupe électrogène comme :

• la mise en place d’une cuve de stockage de carburant et son raccordement avec le groupe,

• la création d’un local technique spécifique au groupe pour des raisons de sécurité ou afinde limiter les nuisances sonores,

• la souscription d’un contrat de maintenance,

• la mise en place d’un système de démarrage automatique (sur absence tension réseau parexemple).

Dans une approche de MDE réseau, un groupe électrogène peut être installé pour alimenteren direct des usages de forte puissance comme un poste à soudure à l’arc ou un nettoyeurhaute pression quand ils sont la cause de chutes de tension ou de perturbations du réseauimportantes. Les fonctions de secours et d’optimisation tarifaire des contrats d’abonnementssont alors des facteurs complémentaires qui peuvent faciliter l’acceptation de la solutiongroupe électrogène.


2.2 COGÉNÉRATION :

La cogénération correspond à la production combinée de chaleur et d’électricité à partir d’unemême énergie primaire. Grâce à cette production combinée, les pertes d’énergie se réduisentde manière significative. Ainsi, la cogénération permet d'économiser entre 15 et 20 %d’énergie primaire par rapport à la production séparée de ces mêmes quantités de chaleur etd'électricité. Le rendement électrique est de l’ordre de 30 à 35 % et le rendement thermiquede 50 à 60 %.

En MDE réseau, l’unité de cogénération peut être installée en substitution de la chaudière pourla production d’eau chaude sanitaire et le chauffage. Elle devra être couplée à un ballon d’eauchaude de gros volume (500 à 1000 l) pour stabiliser son fonctionnement et éviter ainsi desdémarrages et arrêts trop fréquents. Cette réserve d’eau chaude peut aussi permettre dedécaler la production de chaleur et d’électricité aux périodes tarifaires favorables ou auxpériodes de pointe d’appel de puissance pour réduire la charge du réseau.

Compte tenu des puissances en jeu sur les antennes BT – quelques dizaines de kWthermiques tout au plus - les systèmes concernés font plutôt partie de la micro cogénération.Parmi les modèles existants, les plus répandus sont ceux fonctionnant sur la base d’un moteurà combustion interne classique couplé directement à une génératrice électrique. D’autressystèmes existent également sur le principe de la turbine à gaz. Dans les deux cas, la chaleurdes gaz d’échappement est récupérée par un échangeur pour produire de l’eau chaudesanitaire ou de chauffage. Le dimensionnement d’une unité de cogénération doit être réaliséen fonction des besoins de chaleur, la production en électricité étant la résultante de laproduction de chaleur (le rapport puissance thermique sur puissance électrique produite estcompris en général entre 1,5 et 2 et peut monter à 3 pour des unités de très petite puissance).L’ensemble de la chaleur produite doit pouvoir être utilisé. L’électricité produite sera injectéesur le réseau ou autoconsommée en fonction de la tarification électrique et des besoins.

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2.2.1 Micro cogénération sur moteur thermique : exemple d’un produit existant :

Le module Ecopower, fabriqué en Suisse par la Société Ecopower Energy Systems, constitueune solution technologique de micro-cogénération mature. Ce module présente la particularitéd’être déjà bien présent sur le marché, puisque plusieurs dizaines d’appareils sontactuellement en fonctionnement en Europe, essentiellement en Allemagne et en Suisse pourle petit tertiaire, et au Danemark dans de petites unités d’habitation.

Ecopower met en œuvre un moteur thermique d’une cylindrée de 270 cm3 fonctionnant au gaznaturel ou au GPL, dont la durée de vie annoncée est de 40 000 heures, pour plus de 42 000démarrages. La particularité principale d’Ecopower est la possibilité de faire varier le régimede rotation du moteur entre 1700 et 3600 tr/min, avec un rendement quasiment constant surcette plage, de façon à moduler la puissance délivrée. La puissance électrique varie entre 2 et4,7 kW (6 à 12.5 pour la puissance thermique). Le rendement global annoncé est de 90%(25% électrique, 65% thermique).

Photos : ECOPOWER.

2.2.2 micro cogénération sur turbine à gaz :

Les systèmes basés sur une turbine à gaz offrent des rendements électriques meilleurs queles systèmes à moteur à combustion interne (jusqu’à 40%). Le coût de maintenance, inférieursur les grosse unités, devrait également l’être pour les petites puissances. La faible diffusionde ce type de système pour les petites puissance ne permet pas de confirmer ce point. Lesmicro cogénération sur turbine à gaz les plus petites ont une puissance totale de l’ordre de30 kW.

2.2.3 combustibles :

Comme pour les groupes électrogènes, les systèmes de cogénération peuvent fonctionneravec les biocarburants et biogaz. La cogénération peut également utiliser la combustiondirecte de biomasse solide. Cette technologie consiste généralement à brûler du boisdéchiqueté (ou paille ou bagasse) dans une chaudière en sortie de laquelle est positionnée uneturbine à vapeur qui génère l’électricité. La vapeur récupérée en sortie de turbine peut êtrevalorisée sous forme de vapeur ou convertie par l’intermédiaire d’un échangeur en eau chaudesanitaire ou de chauffage. Cette technologie est difficile à rentabiliser pour des puissancesinférieures à 1MW du fait de la complexité du circuit vapeur, du traitement nécessaire de l’eauet de la maintenance relativement coûteuse.

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2.2.4 rentabilité :

La rentabilité économique intrinsèque de systèmes de cogénération est souvent difficile àatteindre pour de petites unités. Elle est réduite du fait du coût des protections de couplageau réseau, difficile à amortir pour les unités de moins de 100 kWe. Pour les unités de moinsde 36 kWe, un arrêté du 13 mars 2002 fixe le prix d’achat de l’électricité produite équivalentau prix de l’électricité achetée au distributeur.

L’intérêt économique peut toutefois être atteint par la prise en compte de coûts externescomme le renforcement de réseau évité dans le cadre d’une opération de MDE.

Comme pour un groupe électrogène (et aussi pour une chaudière de chauffage central), unemaintenance périodique est à effectuer sur une unité de cogénération.


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3. LE STOCKAGEUn parc batteries avec un onduleur permettent, en alimentant directement un client ou eninjectant un complément de puissance sur le réseau au niveau de ce client, de baisserfortement les chutes de tension sur un départ en limitant les appels de puissance.

Compte tenu du coût et des contraintes d’exploitation des batteries, des actions complètes deMDE sont à mettre en œuvre chez le client avant la mise en place d’un tel système afin delimiter la capacité batterie nécessaire.

Deux types d’installation sont possibles : le branchement en parallèle ou en série de l’onduleur.

3.1 BRANCHEMENT EN PARALLÈLE : ONDULEUR SYNCHRONISÉ :

Cette configuration nécessite d’avoir un onduleur synchronisé sur le réseau. Il existe desappareils spécifiques qui cumulent les fonctions onduleur, chargeur et inverseur automatique.La puissance délivrée au client provient directement du réseau tant que la tension ne descendpas en dessous d’un certain seuil. Passé ce seuil de tension, l’onduleur puise le courantnécessaire dans la batterie pour fournir la puissance appelée par le client sans augmenter lachute de tension sur le réseau. Un autre paramétrage possible consiste à limiter le courantappelé sur le réseau à la valeur générant une contrainte. Les mesures ci-dessous, effectuéessur l’installation du départ La Cude à Château Chalon (Jura), illustrent bien ce fonctionnement.

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La courbe bleu représente le courant appelé sur le réseau et la courbe rouge le courant appelé par le client.

Le courant appelé sur le réseau est limité à 5A par le système batterie / onduleur lors despics d’appel de puissance.

Cette solution ne permet pas de filtrer tous les défauts en provenance du réseau et enparticulier ceux de très courte durée.

3.2 BRANCHEMENT EN SÉRIE : ONDULEUR INDÉPENDANT DU RÉSEAU :

Le parc batterie est chargé par le réseau et l’onduleur branché en série sur le départ. Cetteconfiguration permet de ramener la tension en sortie d’onduleur dans la plage normative et derésoudre les problèmes de micro-coupures en aval.

Ce principe de fonctionnement est le même que celui des petits onduleurs utiliséscouramment en informatique pour prévenir les dysfonctionnements liés aux micro coupures.La suppression des micro coupures permet aussi de favoriser l’acception de l’opération deMDE par les clients en leur apportant sur ce point une amélioration de la qualité de serviceque ne permet en général pas un renforcement du réseau basse tension.

Cette configuration permet de filtrer tous les défauts en provenance du réseau mais est pluscoûteuse que la solution synchronisée car l’onduleur doit être dimensionné pour la puissancemaximale appelée par le client (puissance souscrite). Cette solution est envisageable pour lesclients dont la puissance souscrite après opération de MDE est de 3 KVA et la consommationinférieure à 2000kWh/an.

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3.3 TYPE DE BATTERIE ET DIMENSIONNEMENT :

Pour dimensionner l’onduleur, il faut reconstituer la courbe de charge maximale du client. Parconnaissance du seuil de puissance appelée au delà duquel le client est en contrainte, on endéduit une pointe de charge maximale que l’onduleur devra assumer. La puissance nominalede l’onduleur est obtenue par différence entre la pointe de charge admissible par le réseau etcelle effectivement appelée par le client.

Le dimensionnement du parc batteries se fait en calculant la consommation moyennejournalière sur la batterie. Cette consommation correspond à la surface de la courbe de chargemoyenne du client située au dessus du seuil de puissance admissible par le réseau (surfacegrisée claire dans l’exemple ci-dessous).

Afin d’assurer une durée de vie importante à la batterie, cette dernière sera dimensionnéeavec un taux de décharge moyen journalier de 20 % maximum.

La tension du parc batteries sera de 24V ou de 48V, selon la capacité nécessaire et ladisponibilité d’onduleurs de puissance nominale voulue pour ces tensions.

Les batteries utilisées sont de type plomb ouvert à plaques positives tubulaires. Ces batteriessont bien adaptées à des cyclages de faible amplitude et présentent des durées de vie élevéesde l’ordre de 7 ans. Afin d’espacer les visites de maintenance, elles doivent avoir une granderéserve d’électrolyte (prévoir une visite annuelle). Du fait de la présence d’acide et dudégagement d’hydrogène, elles impliquent quelques précautions d’installation comme lanécessité d’un local dédié et fermé avec des ventilations haute et basse sur l’extérieur et lamise en place d’un bac de rétention d’acide.

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3.4 LIMITES DU SYSTÈME ET POSSIBILITÉS D’UTILISATION AVEC LES ÉNERGIES

RENOUVELABLES :

La solution onduleur + batterie est bien adaptée aux départs ponctuellement en fortecontrainte, puisque l’on peut injecter sur le réseau la quantité d’électricité désirée mais n’estpas adaptée dans le cas de chutes de tension importantes de façon prolongée.

Dans ce dernier cas, le temps disponible pour le fonctionnement du chargeur (qui doit se fairehors des périodes de contraintes) n’est pas suffisant pour permettre la recharge de la batterie.Il est alors possible de prévoir une source d’énergie extérieure type énergies renouvelables(solaire photovoltaïque, éolien…) ou fossiles par un groupe électrogène pour fournir l’énergienécessaire à la recharge des batteries. Cette approche augmente toutefois sensiblement lecoût de la solution, qu’il y a alors lieu de mettre en regard d’une solution de productionautonome complète sur site avec dépose de la ligne.

Les systèmes de production décentralisée d’électricité secourue peuvent aussi permettre desécuriser l’alimentation en électricité de sites reculés (mais alimentés par le réseau) où lerisque de coupure réseau est important comme par exemple les zones à forts enneigementsrécurrents ou les zones cycloniques.


• 150 à 200 Euro /kWh pour le parc de stockage,

• 2 500 à 3 000 Euro pour un système de gestion de la charge du parc batterie avec onduleur3,5 kVA pour la production en parallèle du réseau.


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D . 9 - LES OUTILS D’AIDEÀ LA MISE EN PLACED’OPÉRATIONS

Sont présentés ici les outils existants, élaborés au fil de la réalisation des premièresopérations, qui apportent aux maîtres d’ouvrage, aux assistants techniques, bureauxd’études… une aide à la mise en place d’opérations : aide à la décision, élaboration desolutions ; estimation et évaluation de leur impact ; communication…

1. ESTIMATION DE L’IMPACT DES SOLUTIONS

1.1 DES ACTIONS TYPES SUR DES DÉPARTS TYPES :

L’impact d’une solution de MDE sur un départ basse tension dépend de nombreux paramètresliés aux clients concernés (profils de consommations ; position sur le départ) et auxcaractéristiques du départ : longueur, section, architecture, autres clients alimentés…

Une étude menée par INESTENE en 2002 montre l’impact comparé de solutions de MDE sur3 types de départs différents :

1/ forte modulation horosaisonnière ; 7 clients sur 3 antennes en étoile ; longueur cumulée de1700 mètres,

2/ modulation moyenne ; 3 clients sur une seule antenne de 1000 mètres,

3/ consommation stable ; 6 clients sur 3 antennes en étoile ; longueur cumulée de 1700mètres.

Le type de câble considéré est le cuivre nu de 24 mm2 de section.

Les actions types simulées sont :

• mise en place d’un convertisseur triphasé – monophasé,

• programmation des temps de marche d’appareils électroménagers,

• remplacement de matériel par du matériel performant,

• substitution d’énergie,

• production locale d’électricité,

• amélioration de l’isolation du bâti.

Les résultats des actions sont analysés à partir des monotones de puissances appelées et deschutes de tension maximales simulées avant et après MDE à l’aide du logiciel EVE (présentéplus en détails au paragraphe « outils informatiques » ci-après).

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1.2 DES RÉSULTATS DIFFÉRENTS PAR DÉPART :

Chaque type de solution apporte une bonne réponse à un problème de contrainte a minimapour un type de départ défini. Si certaines solutions sont logiquement plus adaptées à certainstypes d’antennes, la mise en place de solutions types valables pour tout départ répondant àcertains critères reste très délicate, compte tenu des très nombreux cas de figures. Il esttoutefois déjà possible, par exemple, de proposer systématiquement une action pour lescontraintes liées à la mise en marche simultanée des chauffe-eau en HC (mise en marchedécalée ou modification des heures creuses). Les coûts et temps de mise en place des étudesfont qu’une solution simple à mettre en œuvre et peu coûteuse peut être envisagéesystématiquement pour traiter rapidement les départs répondant aux bons critères, même sile temps de report est faible pour certains départs.

L’étude réalisée permet de bien montrer les enjeux et potentiels de la MDE sur les réseauxruraux. Elle illustre le fait que l’impact des actions dépend à la fois du type de clients et de laconfiguration du départ. Ainsi, les simulations montrent par exemple qu’une démarchepoussée de diffusion d’appareils performants (classe A) sur l’éclairage, les lave linge et lavevaisselle (avec des baisses de consommation relativement modestes - de l’ordre de 10% dansle cas simulé) peut donner d’excellents résultats en terme de diminution de contraintes,notamment s’il n’y a pas de clients en chauffage électrique sur le départ.

Elle rappelle également que la mise en œuvre d’une seule action ne lève que rarement lescontraintes : c’est souvent une combinaison de plusieurs technologies ou produits qui permetd’atteindre cet objectif.

1.3 UNE APPROCHE GLOBALE POUR UN ENSEMBLE DE DÉPARTS :

La création de typologies de départs représentatives d’un ensemble de départs basse tensionsur un territoire donné est très délicate, du fait des très nombreuses configurations possibles(longueurs ; sections ; antennes…) et de la nécessité de tenir compte de la position desclients, qui influe fortement sur l’impact des solutions mises en place.

On pourra se baser sur l’étude de MDE macro réalisée dans le département de l’Oise en 2003(ADEME - délégation régionale Picardie ; EDF - centre de Cergy) qui s'est déroulée enplusieurs phases :

• définition de typologies de clients à partir de données du fichier QE de EDF (QuittancementElaboré, regroupant les informations clients),

• définition de solutions types de MDE associées aux typologies de clients,

• reconstitution des courbes de charges par typologie de client avant et après MDE (utilisationdu logiciel EVE),

• mesures de courbes de charge chez 240 clients pour affiner la définition des typologies,

• estimation de l’impact des actions sur un ensemble de départs en contraintes ou enprécontraintes grâce à la connaissance des caractéristiques des départs et du dipôlage(architecture et position des clients).

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2. OUTILS INFORMATIQUES

1 - ODIFACE

ODIFACE, premier outil simple développé en 1994 par le BCEOM pour le compte de l’ADEME,sur base de tableur Excel, permet de simuler le comportement d’une antenne basse tensionalimentant au plus 6 clients. Il a été utilisé notamment lors des toutes premières opérationsde MDE micro pour estimer l’impact des solutions envisagées.

Remplacé par le logiciel Eve, il n’est plus utilisé aujourd’hui.

2 - EVE

2.1 Présentation :

Le logiciel EVE, développé par la société INESTENE pour le compte de l’ADEME, permet dereconstituer les courbes de charge par usages et par clients, et évaluer l’impact de scénariide MDE.

Il représente le fonctionnement d’une antenne Basse Tension sous forme d’une arborescenceen localisant les consommateurs sur les branches et permet de calculer les charges parbranche et aux nœuds ainsi que les chutes de tension qu’elles entraînent.

EVE permet de simuler le remplacement ou la substitution d’appareils consommateursd’électricité en fonction des pointes d’appel de puissance et des chutes de tension maximalesconstatées sur le réseau. Il compare ensuite par un calcul économique le renforcement duréseau à toute solution alternative.

le logiciel est scindé en 4 parties :

1. les bases de données (concernant les câbles, les abonnements, les équipements, les duréesd’utilisation prédéfinies),

2. le paramétrage du départ : architecture du départ, position des clients et paramétrages desclients,

3. le calcul de la consommation par client et de la charge : permet de tracer les courbes decharge par usage et par client,

4. le calcul des chutes de tension et la gestion des scenarii de MDE.

Il a été développé sous l’environnement de gestionnaire de bases de données Paradox etnécessite, si l’on ne dispose pas de ce logiciel, l’installation du Run-time correspondant pourfonctionner. Son ergonomie est assez éloignée des logiciels habituels et implique une lectureapprofondie du guide utilisateur pour un auto apprentissage.

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2.2 Méthode de calcul :

Le logiciel EVE est basé sur une méthode de calcul statistique. Il utilise principalement lesdonnées suivantes :

• consommations annuelles par client,

• appareils utilisés par client (puissance et consommation moyenne),

• utilisation de ces appareils (durées, périodes d’utilisation).

EVE possède sa propre base de données d’équipements et d’appareils par défaut (appareilsstandards et performants). Ces données ont été intégrées au logiciel sur la base d’informationsstatistiques sur les usages de l’électricité chez les clients domestiques en Francemétropolitaine.

Chaque appareil est caractérisé par :

• sa puissance utile,

• sa durée moyenne d’utilisation quotidienne suivant le mois considéré,

• son profil d’utilisation type (les plages horaires de fonctionnement possible).

Toutes ces données sont paramétrables et doivent être entrées systématiquement pour toutéquipement non inclus dans la base de données.

Exemple de paramétrage de possibilités de fonctionnement d’équipements : les « occupations ».

Exemple de paramétrage des durées de fonctionnement d’un équipement : la « saisonnalité ».

La courbe de charge moyenne et maximale de chaque client, puis de l’ensemble d’un départ,est reconstituée par une méthode de génération aléatoire des usages (au sein de leurs plageshoraires de possibilité de fonctionnement).

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Exemple de sortie de courbe de charge par usage pour un départ complet les usages sont « empilés » par ordre alphabétique.

Les puissances appelées sur l’antenne permettent ensuite le calcul des chutes de tensionassociées à la charge synchrone sur chaque tronçon ainsi que les chutes de tensionmaximales en chaque nœud du départ pour le mois considéré.

Evolution de la chute de tension maximale et charge correspondante (par client) au cours d’une journée du moisconsidéré pour la simulation.

La monotone des appels en puissance permet de déterminer les clients et les matériels quiinterviennent dans la pointe synchrone.

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Exemple de sortie de monotone de puissance par usage pour un départ complet : décomposition des 30 heuresles plus chargées du mois de simulation pour identifier quels sont les usages responsables des pointes d’appelsde puissance.

2.3 Validation du modèle :

Deux études commandées par EDF (Direction Etudes et Recherches) et l’ADEME (ServiceEconomie Prospective) ont permis de mettre en évidence la validité des résultats obtenus parle logiciel EVE pour la reconstitution des courbes de charges et le calcul des chutes de tension.

Les résultats dépendent fortement de la qualité des informations contenus dans les bases dedonnées des équipements et du paramétrage des utilisations.

Lors des différentes études de MDE micro menées à ce jour (en France Métropolitaine, et aussien Martinique), le logiciel EVE, après un minimum d’adaptation des bases de données auxcaractéristiques locales, s’est toujours avéré être un outil particulièrement efficace.

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3 - DATVAL

Le logiciel DATVAL, réalisé par la société Optarel avec le soutien de l’ADEME, permet dedéterminer la faisabilité de la mise en place d’un DAT face à un problème de contraintes surun départ BT. Il se base sur les données clients (puissances souscrites) et réseaux (longueurs,sections, chutes de tensions).

Le temps de saisi des informations peut être relativement long si le départ comporte denombreux clients. Il est alors utile d’obtenir les données correspondantes sous formatinformatique à partir de la GDO pour les importer directement dans DATVAL (une requête Surfadaptée pour l’extraction des données nécessaires dans la GDO est fournie avec le logiciel).

Le logiciel représente schématiquement le réseau en indiquant le niveau des contraintes danschaque tronçon par un code couleur. Il détermine ensuite, par un calcul itératif, quelle est laposition la plus adaptée pour placer un DAT, en fonction du niveau des chutes de tension etde l’impact de la mise en place du DAT sur les clients amonts.

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Ce logiciel peut également servir pour simuler un déséquilibre et appréhender l’impact d’unéquilibrage. Lors de la saisie des informations, il place les clients de façon à retrouver lesniveaux de contrainte donnés soit par la GDO, soit par une mesure. Il offre ensuite la possibilitéde déplacer un client d’une phase vers une autre de façon à équilibrer les phases.

DATVAL est à disposition des maîtres d'ouvrage et des exploitants sur simple demande àOptarel.

Pour les cas simples, les abaques proposées au paragraphe suivant permettent de vérifierrapidement si le DAT est adapté ou non, ou si des outils plus élaborés doivent être utilisés pourstatuer sur sa validité.

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3. AIDE À LA DÉCISION POUR LA MISE EN PLACE D’UN

CONVERTISSEUR TRIPHASÉ – MONOPHASÉ OU D’UN DATPour les solutions spécifiques ‘réseau’ (DAT et transformateur triphasé – monophasé) sontproposés ici des critères de décisions simples permettant de définir trois cas de figureprincipaux :

• solution adaptée,

• solution non adaptée,

• faisabilité à valider.

Il est important de pouvoir prendre rapidement la décision de mise en place d’une solution‘réseau’ dans la procédure de sélection des départs. Compte tenu du coût relativementimportant que représente une étude de faisabilité spécifique à ces solutions, il est préférablede s’en tenir à la pré-faisabilité pour décider d’installer un DAT ou un transformateurtriphasé/monophasé. En effet, le coût de la pose est relativement faible, et il est toujourspossible de déplacer l’appareil pour l’utiliser ailleurs lorsqu’il n’est plus nécessaire ou plusefficace sur un départ donné.

Il sera par contre judicieux de réexaminer ces solutions lors du diagnostic complet pour lequelles informations nécessaires seront déjà à disposition, ce qui n’entraînera alors ni surcoût nidélai supplémentaire significatif. Ce type de solution réseau pourra dans ce cas être proposéen accompagnement d’actions de MDE chez les clients.

Les deux organigrammes ci-après s’appliquent pour des clients dont la puissance souscriteest au maximum de 36 kVA. Les cas de figure considérés ne représentent pas l’ensemble desconditions dans lesquelles un DAT ou un transformateur tri mono sont susceptibles de leverles contraintes sur un départ BT. L’objectif des organigrammes est de permettre uneorientation rapide vers ces solutions dès qu’elles apparaissent favorables. Les critères simplesutilisés impliquent que les cas de figures traités restent relativement simples.

Dans le cas de 2 clients en contrainte, ∆U1 est la chute de tension subie par le client le plusen contrainte (le plus en « bout de ligne »).

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1 - DÉPART DE 2 CLIENTS MAXIMUM DONT L’UN AU MOINS EST EN CONTRAINTE

Dans le cas d’un client seul alimenté en monophasé et subissant une chute de tensionrelativement faible, la solution transformateur triphasé – monophasé est moins onéreuse quele DAT et permet, en diminuant le déséquilibre sur l’antenne, d’améliorer les conditions defonctionnement du poste.

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2 - CAS D’UN DÉPART OÙ 2 CLIENTS MAXIMUM SONT EN CONTRAINTE

Dans le cas de deux clients en contrainte, l’organigramme ci-dessous ne s’applique que si ilssont situés sur la même antenne.

Le client amont est le premier client qui n’est pas en contrainte sur l’antenne comportant leou les 2 clients en contrainte (c’est le client le plus proche de ceux qui subissent lescontraintes, sa chute de tension maximale est noté ∆Ua).

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4. LA RÉALISATION DE MESURES : OBJECTIFS ET

ÉQUIPEMENTSLes trois principaux objectifs des mesures sont :

• quantifier les défauts sur le réseau (niveau de chute de tension, de déséquilibre…),

• de connaître le comportement des clients (courbes de charges),

• d’établir un point de référence « qualité locale de fourniture » avant et après les actions deMDE.

4 types de mesures peuvent être mises en œuvre, en fonction des objectifs fixés :

• les mesures en tête de départ,

• le repérage de la distribution des clients par phase,

• les mesures par client,

• les mesures par équipement.

Hormis les mesures par équipement, assez peu employées, toutes ces mesures ne sont passpécifiques aux opérations de MDE et sont couramment utilisées pour connaître les chutes detension chez un client, le taux de charge d’un transformateur ou encore l’équilibrage duréseau. Les mesures sont une aide précieuse à l’orientation d’un départ vers telle ou tellesolution lors des phases de pré-diagnostic.

Pour chaque type de mesure, il existe des équipements de mesures spécifiques mono-usage(de type enregistreur d’événements par exemple), et d’autres plus polyvalents qui cumulentdifférentes fonctions (de type analyseurs de réseau par exemple qui permettent d’enregistrerà la fois des tensions et des courants).

La durée minimale de mesure nécessaire est dans la majorité des cas de 7 jours, de façon àconnaître l’évolution des appels de courant au cours de la journée et au cours de la semaine.Quels que soient les objectifs d’une mesure (quantifier les contraintes ou connaître la charge),il est important qu’elle soit effectuée lors d’une période où le départ est le plus chargé, ce quicorrespond aux périodes hivernales pour les départs alimentant des clients chauffés àl’électricité*.

Des préconisations complémentaires, intégrant des aspects pratiques sur la mise en œuvre etle dépouillement de mesures, figurent en annexe du guide méthodologique des opérations deMDE micro.

* Dans les zones agricoles, les périodes d’appels de puissance importants peuvent aussi coïncider avec les jours chauds de

l’année (tanks à lait, moteurs liés aux moissons, irrigation). De même, pour les départs alimentant des bâtiments climatisés

(tertiaire, voire domestique notamment dans les Départements d’Outre Mer) on recherchera plutôt les périodes de forte chaleur

et forte humidité.

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1 - MESURES EN TÊTE DE DÉPART

Ces mesures doivent être effectuées par l’exploitant, seul habilité à instrumenter un départ ensortie de poste. Les appareils couramment utilisés pour les mesures d’intensité sont parexemple des ASM8 ou des M3EI fabriqués par ACEM industrie. Certains exploitants utilisentaussi des équipements classiques comme des analyseurs de réseaux (Trident, Circutor…),dont les fonctions sont plus polyvalentes.

1.1 Mesures de courant :

L’enregistrement nécessite la mise en place de pinces ampèremétriques de calibre adaptéreliées à un boîtier enregistreur qui stocke les valeurs mesurées selon un pas d’enregistrementparamétrable.

Le dépouillement des données, à l’aide du logiciel fourni par le fabricant de l’enregistreur, ousur tableur, permet alors de connaître :

• les appels de courant maximum par phase,

• le déséquilibre de charge entre les phases (déséquilibre moyen et lors des pointes),

• la courbe de charge (avec, le cas échéant, une décomposition en courbe de charge‘semaine’ et courbe de charge ‘week end’).

1.2 Mesures de tension :

Une simple mesure ponctuelle de tension sur les bornes de sortie du poste permet de validerque le poste est sur la bonne prise (La tension de sortie du poste doit être de 244V, ce quicorrespond à 230V + 6%).

L’enregistrement des tensions en sortie de poste est rarement utilisé dans le cadre deproblèmes de contraintes sur un départ puisqu’il ne permet pas de mesurer les chutes detension sur le départ. Il permet toutefois d’identifier les défauts présents sur le départ et quiproviennent de défauts en amont (micro coupures sur la HTA par exemple).

2 - MESURES SUR UNE ANTENNE

Les exploitants disposent généralement d’enregistreurs d’événements (type ID8 et ID16 -fabricant ENERDIS ; VR10 – Fluke). L’autre type d’enregistreur couramment utilisé estl’enregistreur à disque (voir un exemple de graphique ci-après).

Ces appareils sont de conception plutôt ancienne. Des analyseurs de réseau sont égalementutilisés pour les enregistrements de tension.

Les mesures sont souvent effectuées chez un client de l’antenne pour des questions pratiquesde mise en œuvre. Leur mise en place en aval du compteur et avec l’accord du client, peutêtre effectuée aussi bien par un agent EDF que par tout autre intervenant*.

* Il y a lieu toutefois de s’assurer que l’intervenant dispose des compétences et agréments nécessaires à une telle intervention

et que la société qui l’emploie dispose, a minima, d’une assurance responsabilité civile adaptée, bien que l’intervention ne

nécessite aucun câblage ou décâblage quel qu’il soit, et qu’elle ne requiert pas de connaissances approfondies en électricité.

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2.1 Appels de courant & chutes de tension :

Les équipements utilisés, de type analyseurs de réseaux, permettent souvent à la foisd’enregistrer les courants et les tensions. Ils nécessitent d’instrumenter le tableau électriquedu client à l’aide, pour un client en triphasé, de 3 pinces ampèremétriques et de 3 touches deprise de tension.

L’enregistrement des appels de courant permet de reconstituer la courbe de charge du client.Pour un client en triphasé, il permet également de déterminer le déséquilibre de charge entrephases.

L’enregistrement en simultané de la tension permet de visualiser quelles sont les contraintesgénérées par le client en mettant en vis à vis les chutes de tension et les appels de courant.Il permet aussi de déterminer quelle est la sensibilité du réseau au niveau de ce client. Chezun client triphasé, la mesure de tension montre le déséquilibre du réseau au niveau de ceclient. Avec une mesure de courant simultanée, il est alors possible de déterminer quelle estla contribution de ce client au déséquilibre sur le réseau.

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Pour mesurer uniquement la tension, il existe des équipements beaucoup plus légers à mettreen œuvre, qui assurent des fonctions plus spécifiques, comme les enregistreursd’événements. Certains se présentent sous la forme d’un petit boîtier muni d’une fiche pourprise murale et qui permet d’enregistrer les événements de hausses et de chutes de tensionsur des seuils paramétrables.

Des appareils peu coûteux ont été conçus récemment dans le but d’enregistrer facilement descourbes de charges : ils se placent au niveau du compteur et utilisent un capteur optique quicompte les impulsions (led pour un compteur électronique ou roue pour les compteursélectromagnétiques).

Les différentes fonctions d’affichage sur certains compteurs électroniques d’EDF apportentdes informations intéressantes : puissance active et apparente appelée (permet de connaîtrela puissance d’un appareil par lecture directe ou par différence) ; puissance maximaleinstantanée appelée par le client au cours des derniers mois.

3 - MESURES POUR UN ÉQUIPEMENT

Les campagnes de mesures effectuées à l’initiative et avec le soutien de l’ADEME dansl’habitat (et plus récemment dans les hôtels, les grandes surfaces, les hôpitaux, les bureaux)constituent une base de données riche d’informations sur les équipements et les habitudes deconsommations. Ces éléments, en complément des informations données par le client lors del’enquête (ainsi que le retour d’expérience des études MDE micro passées et les informationspar défauts du logiciel EVE), suffisent généralement à paramétrer correctement un usage dansla simulation du départ.

Dans le cas d’un usage spécifique important, avec des cycles de fonctionnement présentantdes puissances variables, des périodes de mise en marche, d’arrêt et des durées defonctionnement peu connues…, il est possible d’instrumenter uniquement l’équipementconcerné. Un enregistreur classique peut être employé, mais il sera alors souvent sous utilisé.

4 - REPÉRAGE DES PHASES

Les outils de repérage de phase permettent de connaître quelle est, sur un départ donné, larépartition des clients phase par phase. Il s’agit donc plutôt d’outils de gestion du réseau qued’équipements de mesures à proprement parler.

L’appareil le plus connu est la Deltaphase (fabricant : MADE). Il est composé de trois élémentsdistincts : l'émetteur, le récepteur et l'enregistreur.

L'émetteur mesure en permanence, pour chaque phase : la Tension, l’Intensité et leDéphasage, soit 9 grandeurs mesurées à l'endroit où il est placé (en général en sortie dutransformateur ou chez un client alimenté en triphasé). L'ensemble de ces données esttransmis au fur et à mesure par courants porteurs sur chacune des phases et sur l'ensemblede l'antenne. La distance entre émetteur et enregistreur sur le réseau basse tension peutatteindre 1 à 2 km.

231

Le récepteur fonctionne en monophasé et est connecté par touches de contact et pincesampèremétriques en tout point du réseau. Les informations suivantes sont disponibles par 4affichages déroulants :

• valeurs "locales" mesurées au récepteur : U, I et cosϕ sur la phase de contact,

• valeurs "distantes" mesurées à l'émetteur : U, I et cosϕ sur les 3 phases,

• chutes de tension, % d'équilibrage et pourcentage de courant,

• repères divers : niveau de batterie etc.

L'enregistreur permet de mettre en place des campagnes de mesures avec stockage etrécupération sur PC par l'intermédiaire d'une carte PCMCIA. Le logiciel d'analyse permetd'examiner tout un ensemble de graphiques.

Il existe un modèle simplifié (le Triphaseur : composé d’un émetteur et d’un récepteur mobilequi permet de repérer les phases chez les clients) qui est utilisé dans certaines agences EDF.

5 – EQUIPEMENTS EXISTANTS

Le tableau ci-après présente les principaux appareils de mesures, permettant d’enregistrer aminima courant ou tension, utilisés en réseaux ruraux. Cette liste n’est pas exhaustive ; elle apour vocation de présenter les principales caractéristiques des équipements « tout compris »existants et de donner un ordre de grandeur de coût.

Ces équipements comprennent les capteurs, l’enregistreur et le logiciel d’exploitation desdonnées. Un autre jeu de pinces ampermétriques doit souvent être prévu en plus, les calibrespar défaut – 1000A – ne permettant pas une bonne précision compte tenu des courantshabituellement mesurés en réseaux ruraux (au niveau du poste et surtout chez les clients). Lessystèmes d’acquisition de données de type laboratoire nécessitant de choisir différentscapteurs (voire cartes d’acquisition) sont généralement peu adaptés à des mesures de terrainet ne sont pas présentés ici.

232

Nom dufabricant

nom /référence de

l’appareilmono Tri Tension Courant CosPhi

Puissance

moyennes

Extremums

surintervalle

surévènements

Capacitémémoire

(Ko)

Remarques sur la miseen œuvre

Prixindicatif(E HT)

Coordonnéesfabricant et/ou

distributeur

ACEM industrie ASM8 x x x x pinces ampèremétrique ACEM industrie

ACEM industrie M3EI x x x x

pincesampèremétriques ;

matériel relativementancien

ACEM industrie

Abi dataMicrologCL201

x x x x15000

mesurespince ampèremétrique ;

autonome (pile)500 Abi Data - Bruxelles

www.abidata.be /Française

d'InstrumentationAbi dataMicrolog

CL203x x x

60000mesures

pincesampèremétriques ;

autonome (pile)700

Chauvin &

ArnouxCA8310 x x x x x x x x 512

analyseur puissance &harmoniques ; CA8332CA8334 plus récents

(mi 2002)

4000Française

d'Instrumentation /

www.chauvin-

arnoux.comChauvin &

ArnouxProwatt x x x x x x x x 96 / 256

touches et pincesampermétriques ;

possibilitéd'alimentation sur

batterie 12V

n'existe

plus

Chauvin Arnoux /

ENERDISID8 x x x x x

existe en coffret de 3appareils pour les

mesures en triphasé www.chauvin-

arnoux.comChauvin Arnoux /

ENERDISID16 x x x x x

Circutor AR5 x x x x x x x x256 /

1024

touches et pincesampermétriques ;possibilité analyse

harmoniques

3000Franç. d'instr. /

www.circutor.com

EMU ElektronikEMU 10.

Memox x x x x x x 256 / 512

prise gigogne. appareilsupplémentaire à 700E(coût logiciel + câblelecture optique 400 E)

1100

EXTELVillefranche (71) /

www.emu-elektronik.ch

EMU Elektronik EMU 3 / 16A x x x x 0

prise triphasée -nécessité stockage

externe (enregistreurEmulog -120 Ko- ou PC

portable)

EMU ElektronikEMU 3 /

100Ax x x x 0

touches et pinces amp. ; nécessité stockage externe(Emulog ou PC portable)

Fluke VR10 x x x x x

32 Ko(4000évene-ments)

prise 800Franç. d'instr. /www.fluke.com

MADE Deltaphase x x x x x x x x PC card ModulaireModu-laire

MADE -www.made-sa.com

MADEGamme

Tridentx x x x x x x x x x

1000évene-

ments +4000

mesures

touches et pincesampermétriques ;possibilité analyse

harmoniques

500 à2300hors

pinces

233

5. OUTILS DE COMMUNICATION GRAND PUBLIC SUR LA

MDE

LES FICHES GRAND PUBLIC DE L’ADEME

L’ADEME édite et met à jour régulièrement un ensemble de brochures à destination du grandpublic pour l’informer et le sensibiliser - entre autres - sur la maîtrise de l’énergie etl’utilisation des énergies renouvelables.

Ces guides permettent de rappeler aux consommateurs les bonnes pratiques d’utilisation deleurs appareils pour accompagner la mise en place des solutions et en assurer la pérennité.

Ils sont diffusés notamment par les «espaces info énergies» des départements.

Les thèmes concernant la maîtrise de l’énergie dans l’habitat sont variés. Les fiches sont soitgénérales, à l’image d’ «une maison pour vivre mieux», soit plus pointues sur un sujet préciscomme l’éclairage.

Les principales fiches éditées pouvant accompagner des opérations de MDE sont :

• la régulation du chauffage,

• la ventilation,

• l’isolation thermique,

• l’éclairage,

• le lavage,

• le froid,

• chauffage et eau chaude sanitaire,

• les pompes à chaleur géothermiques,

• le chauffage au bois,

• le chauffe eau solaire individuel,

• le système solaire combiné,

• la production d’électricité raccordée au réseau.

Le « guide des guides » édité par le service communication de l’ADEME, présente plus en détailtoutes ces fiches grand public.

234

MA

ÎTR I

SEDE

LA DEMANDE D’ÉLECTRICITÉ

www.ademe.fr

Le présent document est une mise à jourcomplète, engagée en 2003, du premier cataloguedes Ïproduits et techniques de maîtrise de lademande d’électricité en zones rurales” publiépar l'ÌADEME et EDF en 1997.

Ce catalogue, dont la première version faisaitsuite notamment à la décision du FACE definancer des opérations de MDE alternatives auxrenforcements de réseaux basse tension, a pourobjectif de présenter les techniques disponiblesde MDE applicables particulièrement en zonesrurales.

Imp

rim

é en

janv

ier

2007

VID

EO

SE

T P

RO

DU

CT

ION

- 0

4 37

24

01 0

1

oImiprimé en décembre 2006

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Matériels perform

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Documents